车削阶梯形零件的切削速度选择

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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
) v9 W* ?; \5 h. h# D' P　　(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)。
% @; c( S- \; u  ?　　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
: v$ M& R6 D2 d0 [" \! P* \　　∑
; r& v5 S! ~* g! }: i5 R4 k& `　　i=1
　　(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。
　　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
& r4 J& P' A6 S& }8 m　　(3)对于有m个台阶的阶梯形类零件，m ti/T=1/P
. d% ~5 H. r4 v3 v/ ^6 z0 A- ^/ N　　∑
　　i=1
3 W) |( w+ ^0 _3 H! g& ~　　(4) 式中T为刀具耐用度。
　　那么，1/P= m ti/T=pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCT
　　∑ ∑
: h, l) M( _# W　　i=1 i=1
　　(5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt
8 ]# p/ U0 J- g1 C　　∑ ∑
* ^) n2 H! B5 b9 R6 ]% M' L　　i=1 i=1
9 n$ k* {. R  t$ V. }　　(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
　　∑ ∑
/ U* c9 q4 t6 g7 ]2 i　　i=1 i=1
" g2 H" _" A+ U, d　　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
　　∑
2 f! l. P  o7 K1 D　　i=1
9 v( s! h8 \; I. L, w, R, e# `　　(8) 其中：1/P=pNx-1fy-1apz( m DixLi)/(1000xCT
8 u# H/ d9 ?  m4 a　　∑
3 k% |4 ?$ X9 r8 j　　i=1
: K& n% \5 t( k! x  k1 y1 {6 L) u0 u8 o　　(9)导出最低成本的切削速度为:vmin*C=[MCt/[(x-1)(Mtct+Ct)fyapz]1/x (10)
9 J2 w8 n0 w: T, O  Z! ~( O4 w　　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。
2 M' n6 n! y  |6 [1 k  w　　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
+ _! D$ x* U6 v　　刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min
4 `/ A2 ]; g  o) ~% b　　进给量 f=0.6mm/r
　　切削深度 ap=1mm
& ]* v( ~5 c( S9 X% ^- D2 f  r$ T　　除换刀外其它辅助工时 tot=3min
　　刀具更换时间 tct=0.8min
8 T7 }" ]5 \/ a; D, O7 A　　主轴转速改变时间 tg=0.1min
& }0 p& Z  a. ]6 n　　刀具成本 Ct=4元/刃
　　该工序单位时间内分
2 j4 x* k2 C7 S1 y" W　　担的全厂开支 M=1元/min
8 c! l7 {* R9 M) V　　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。