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
/ {4 f( g) j( J' `9 [: x4 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)。
　　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
7 B& @* ^. x: s+ Y/ I0 D8 Q& w　　∑
　　i=1
' m' v8 }0 @# O: R　　(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。
3 Z: M5 G( h9 y* Q# I+ M　　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
/ _; R7 ?. m! f: d; S) h9 {　　(3)对于有m个台阶的阶梯形类零件，m ti/T=1/P
" B$ W/ p! u4 v5 V　　∑
: y2 L6 k: E$ m( z: l# L# V: i　　i=1
7 D3 K+ c; Q9 |% [; a* b　　(4) 式中T为刀具耐用度。
; m8 U' B& Q  z# \" X, V　　那么，1/P= m ti/T=pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCT
　　∑ ∑
　　i=1 i=1
; B4 |- f4 Q# N$ U' Y　　(5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt
8 e) `/ W- n! P/ v4 _- u6 J6 ^( @　　∑ ∑
3 N* L& ^2 [4 D) i　　i=1 i=1
9 W4 a1 ]- L4 s! J　　(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
　　∑ ∑
! M6 G: J  n/ G! O7 e3 R* |0 \. n　　i=1 i=1
( k  M! Z, m% o$ D1 u0 ~　　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
　　∑
　　i=1
! j. a8 P, X: X- j' Y8 d) a　　(8) 其中：1/P=pNx-1fy-1apz( m DixLi)/(1000xCT
- n5 j+ Y, [1 b* I) g1 C2 E6 a4 O　　∑
　　i=1
6 D! N" W+ P) G! G　　(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。
3 ~7 t1 [$ f% s) e- X　　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
0 j) z, n4 S: m+ W0 k0 {0 p" z　　刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min
　　进给量 f=0.6mm/r
　　切削深度 ap=1mm
　　除换刀外其它辅助工时 tot=3min
9 o. C4 M# z% \3 t" B　　刀具更换时间 tct=0.8min
　　主轴转速改变时间 tg=0.1min
　　刀具成本 Ct=4元/刃
  }0 J; y5 g9 q- T　　该工序单位时间内分
　　担的全厂开支 M=1元/min
　　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。