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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
" v4 x$ j9 N$ \% P7 X% s( ]$ z (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)。
: g# n# x, G3 z0 k 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)/P3 u# Z6 s' w; p* `
∑
* ~( Y8 b- t. j2 B4 P3 H+ s8 `$ @$ j7 F i=1' b/ c/ X0 ]0 t. x; 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。9 f* G, T% k+ g0 @( a; O
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
7 Y( G/ d9 V4 w% j! F; ^: ^ (3)对于有m个台阶的阶梯形类零件,m ti/T=1/P& {. Q) I! x) ]+ E# |
∑7 N7 i+ F: r' J9 w8 J! n
i=1, [% b" K0 g; r8 t. o
(4) 式中T为刀具耐用度。
3 j9 `& S% ], }( i) e) @2 x, h 那么,1/P= m ti/T=pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCT
1 ]# c' s3 q1 L4 B ∑ ∑
6 v$ l$ k# z4 D( E5 G0 D* e i=1 i=1/ B3 N% K; e% M8 q
(5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt
. G2 L& ~; ]. m9 t2 S3 M# ~( S ∑ ∑
$ R& n8 d) `+ P8 j i" M" R i=1 i=1: w$ t4 q; E7 s0 f$ u
(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' z O- l0 ^+ H/ O' l
∑ ∑ s1 M0 B2 H1 L- @
i=1 i=1
w+ o5 `* v8 ~* s2 {: l 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)/P8 o! h* j. U7 Q+ [7 E
∑6 C- j' F- s9 Y' ~. r3 i
i=1
' p- J2 V9 d' V1 d3 } (8) 其中:1/P=pNx-1fy-1apz( m DixLi)/(1000xCT# P/ E" t3 g" B! I0 K% c2 X& y
∑: V! ` j) Z4 o3 V9 a) q* I4 E2 }; c
i=1
' b t7 x7 n* A/ M (9)导出最低成本的切削速度为:vmin*C=[MCt/[(x-1)(Mtct+Ct)fyapz]1/x (10)
; o( m# n% X* G, D% L/ p 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。
7 Y0 T4 o% T2 b% w8 G: Q 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
A h" [% v- E 刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min& n+ A8 c4 Q$ c
进给量 f=0.6mm/r
$ K+ ?4 D, _8 L) P 切削深度 ap=1mm
: y% p9 p7 X! ?- w, b8 Z 除换刀外其它辅助工时 tot=3min4 i0 p! l! {# h+ S7 P; m* f- }: V
刀具更换时间 tct=0.8min
1 ~! }* A& m9 _; C; B7 L 主轴转速改变时间 tg=0.1min
4 k# l' D, |" ?; u' C 刀具成本 Ct=4元/刃
7 e N5 `9 ^) T4 O2 {/ k 该工序单位时间内分
1 Q( ?- [- y, x/ \; {. I 担的全厂开支 M=1元/min. v0 r0 f' K2 r3 R& \, G7 t
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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