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金属切削加工的最优目标是最大限度地提高经济效益。实现这一目标的可变参数相当多,而切削用量的合理选择尤为重要。对于车削等直径圆柱体的经济性已有研究,但在工厂中经常会遇到不等直径的梯形类零件,而车削这类零件可以有两种选择切削速度的方法,即恒转速法和恒切削速度法。本文分析了这两种方法加工阶梯形类零件的经济性,为车削阶梯形类零件选择切削速度提供了依据。 1 车削阶梯形类零件的加工成本 在车削阶梯形类零件中,第i个台阶面一次切削行程的机加工时为:ti=pDiLi/(1000fivi)=Li/Nif
5 v0 w! N& K% ?- G6 {! V& r (1) 式中:i——表示零件的第i个台阶面;Di——第i个台阶面的直径(mm);Li——第i个台阶面的轴向长度(mm); vi——车削第i个台阶面的切削速度(m/min);f=进给量(mm/r);Ni——车削第i个台阶面的主轴转速(r/min)。
: b: C4 E& W! v$ L+ ^$ C* V% @6 W 对于有m个阶梯的零件,每个零件的工序加工成本为:C=pm/(1000f) m DiLi/vi+Mtvt+(MIct+Ci)/P
$ Y0 L2 E0 r4 q& V7 R& Y! p+ W ?# ` ∑
3 Q, T$ ~" ^' O- ^1 X! n6 w4 y' R( N% o i=1
0 j; T$ a* t/ f# u r# X9 J, H (2) 式中:M——该工序单位时间内分担的全厂开支(元/min);tvt一除换刀外的其它辅助工时(min/件);tct——刀具更换时间(min);Ct——刀具成本(元/刃);P——刀具每一个切削刃达到刀具耐用度标准前加工的零件数。* |; z% k" N4 N' Z
2 恒主轴转速法车削阶梯形类零件的加工成本及最佳切削条件的确定 恒主轴转速法车削阶梯形类零件,即在车削过程中主轴转速不变,而每个台阶面的切削速度是变化的。令主轴转速为N,那么第i个台阶面的切削速度为:vi=pDiN/1000* j8 B" @" m7 Q. L" F" n. m( c; s
(3)对于有m个台阶的阶梯形类零件,m ti/T=1/P# W$ x- R$ t5 ]' \- h F" p% @' W% c
∑
8 Z$ R4 \7 [$ g# `+ i. k( x6 R% ]4 l i=1# p8 Z/ _. W* w/ B" l/ W: e
(4) 式中T为刀具耐用度。
* p& l" h7 |$ \0 j 那么,1/P= m ti/T=pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCT
9 T4 B( C0 x6 X: w ∑ ∑6 p5 Y# o" t- @! M
i=1 i=1
- z" i& H( o! v (5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt5 Z! Z/ R# t0 {: K
∑ ∑
! m- Y3 n& M5 H3 ^# U i=1 i=1) l. @! p1 A/ N& @ S; [$ D2 K I; L* Y
(6)同理可导出最低加工成本的主轴转速为:Nmin*C=[1000xCtM m Li/[(x-1)(Mtct+Ct)pxfy] m DixLi]1/x
2 e. v6 u# B1 w ∑ ∑5 ?" y/ | c0 C# P1 A6 \, l3 J: r
i=1 i=1# o7 v# |/ `* c. N0 N4 [
3 恒切削速度法车削阶梯形类零件的加工成本及最佳切削条件的确定 以恒切削速度法车削阶梯形类零件,在加工过程中需改变主轴转速。其加工成本应在方程(2)的基础上再加上变换转速所需时间的成本。令tg为改变主轴转速所需时间,则转速改变增加的成本是Mmtg,这样,恒切削速度法车削每个阶梯类零件的加工成本为:Cp=pM/(1000Fv) m Di*Li+Mtct+Mmtg+(Mtct+Ct)/P
5 h, K _& S. ~; C ∑. j* c8 W% w2 z$ J# q
i=1
: q4 v: l' i% W4 _; B (8) 其中:1/P=pNx-1fy-1apz( m DixLi)/(1000xCT( R# s! l+ ]$ n! o3 p$ t
∑/ x1 q( X; [7 w' W# l* H3 y% v( C
i=1
* l3 y0 ^2 W; m g/ p, T0 u (9)导出最低成本的切削速度为:vmin*C=[MCt/[(x-1)(Mtct+Ct)fyapz]1/x (10)- T* E. |5 ]8 P' ~) w, m
4 两种方法的加工成本比较 使用表1所列数据,对恒转速法和恒切削速度法车削图1示零件的加工成本进行比较,计算结果见图2。
0 Q: s4 a/ S( P9 @ 图2 直径比和加工成本的关系 表1 计算加工成本使用的数据 定义 符号和数据+ F# P1 ?9 F4 M; _
刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min' \7 f; u# ~+ {0 y6 o* i
进给量 f=0.6mm/r
1 u3 K9 Z$ I9 ]" x 切削深度 ap=1mm5 T; l9 j/ R& F$ t0 k
除换刀外其它辅助工时 tot=3min
$ ~ I- P4 c/ c" x, H; X 刀具更换时间 tct=0.8min
3 t# ~' b3 T' F/ j! F5 i 主轴转速改变时间 tg=0.1min6 K$ R+ E5 o2 B2 i: A+ ^9 G
刀具成本 Ct=4元/刃$ j, U1 r! {( l2 D* n' x
该工序单位时间内分( `9 q% {! t( q1 v
担的全厂开支 M=1元/min
/ G# j: [% P- _& e% q7 _ 5 结论 由计算结果可以看出 1)当阶梯形零件为小直径比情况下,恒转速法车削比恒切削速度法车削的加工成本低,所以应采用恒转速法切削。(2)对于较大直径比的阶梯形类零件,采用哪种方法有利,取决于零件的加工长度L1和L2,L1和Lt越小,恒转速法车削有利的直径比范围越大,反之亦然。(3)对于大直径比的阶梯形类零件,恒切削速度法的加工成本低,所以应采用恒切削速度法。 |
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