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
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。
　　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
　　(3)对于有m个台阶的阶梯形类零件，m ti/T=1/P
　　∑
8 Z$ R4 \7 [$ g# `+ i. k( x6 R% ]4 l　　i=1
　　(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　　∑ ∑
　　i=1 i=1
- z" i& H( o! v　　(5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt
　　∑ ∑
! m- Y3 n& M5 H3 ^# U　　i=1 i=1
　　(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　　∑ ∑
　　i=1 i=1
　　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　　∑
　　i=1
: q4 v: l' i% W4 _; B　　(8) 其中：1/P=pNx-1fy-1apz( m DixLi)/(1000xCT
　　∑
　　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)
　　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
　　刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min
　　进给量 f=0.6mm/r
1 u3 K9 Z$ I9 ]" x　　切削深度 ap=1mm
　　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=0.1min
　　刀具成本 Ct=4元/刃
　　该工序单位时间内分
　　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。