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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 R) a. b+ Y2 E: S
(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)。. J; I6 o2 z4 P* G" Y
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* g& W2 l0 O. Z6 u$ H/ k6 \5 k3 k3 k
∑" [9 E+ d; T9 {, k
i=1
, t+ c! t" ^, E+ p (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。' s( @ Z" \- N# U
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/10003 P$ _3 f4 @, l% A' x
(3)对于有m个台阶的阶梯形类零件,m ti/T=1/P
/ A, |: t4 q5 M# _+ u6 C* E ∑ R( C7 g& p( `4 S- ]/ R# k
i=1, v/ s. v; R( B8 a8 ~, R, e, Q
(4) 式中T为刀具耐用度。- L( O0 v1 I7 U$ _/ k5 p- |% p1 C. n
那么,1/P= m ti/T=pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCT* F Z4 o# Y \$ @
∑ ∑
- Z( q$ G. I3 w0 k+ ~ i=1 i=1
* R2 O% v2 s# P. A! i" i& G (5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt
5 W$ w& @5 O T ∑ ∑: Q0 a: Y7 v8 x) K: P3 v Y, E
i=1 i=1
! R7 m B& C0 j# t- k (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/x2 b( b" U0 b$ o9 I9 ^: C4 l
∑ ∑
% Z" G) p, F* u1 C- F8 h i=1 i=1! w- ]2 h) ~: F8 y$ I5 c
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)/P2 U) K! e6 S8 \$ | y$ e) @
∑, u7 R0 b% m# z
i=1* Z: e- {3 j7 W _+ Z$ R2 p
(8) 其中:1/P=pNx-1fy-1apz( m DixLi)/(1000xCT
7 u- `* c/ f, n) F ∑: `* G* l( ~( L0 P0 {( {
i=1
) t1 p' C" f9 O0 s% t8 B2 t: \ T (9)导出最低成本的切削速度为:vmin*C=[MCt/[(x-1)(Mtct+Ct)fyapz]1/x (10) x8 l) z& i2 C4 O
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。/ l1 c7 P& H. ^! F! e) Q( t
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
) ]# ^% \$ s# T' [+ ~4 d" v 刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min
5 n9 t! D4 V8 y9 J4 r 进给量 f=0.6mm/r
, h! N7 Q0 Z/ v 切削深度 ap=1mm7 W6 A% \8 [7 f( x2 o% ?
除换刀外其它辅助工时 tot=3min
5 y7 \8 _# p& y 刀具更换时间 tct=0.8min
# c" C X. D4 P2 a 主轴转速改变时间 tg=0.1min
% I' @8 H( c1 Q, r' i 刀具成本 Ct=4元/刃
- @; l N5 r+ | 该工序单位时间内分
, c1 d: n7 K V 担的全厂开支 M=1元/min
$ g3 U* ]. q; S+ g1 z 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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