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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)。9 J9 b( }& N6 \7 d D+ 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
7 B& @* ^. x: s+ Y/ I0 D8 Q& w ∑2 O+ c6 L% x/ U1 h! O) T7 e6 I
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- }; Y4 D( }, K1 z- |+ h
∑ ∑# |3 S5 ~8 [9 n$ Y2 l- K, z
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. U# @% X1 u( l
∑ ∑
! 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)/P2 ]' g, k8 t5 F) J/ X- o
∑2 J0 c/ Z) z* F2 L- |5 R
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 ∑( S4 y& |6 t& g: }3 w" J0 |. m) T
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)! M( `8 S7 S2 Z
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)min8 g0 v) W* Q7 _# f9 B5 S
进给量 f=0.6mm/r4 t5 V; U7 N% y. f- R! @
切削深度 ap=1mm. P+ V- [& X1 Y6 I7 }/ A
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=0.8min8 W* @. q D) K: V; o7 X9 y
主轴转速改变时间 tg=0.1min4 M- V. k8 `) d$ `6 l
刀具成本 Ct=4元/刃
}0 J; y5 g9 q- T 该工序单位时间内分# V% r7 \2 Z! I3 }7 Y6 [# h/ b9 p
担的全厂开支 M=1元/min6 g8 _2 D) N4 Z8 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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