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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/Nif0 o6 o5 ]! p) ]' d: b' I
(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)。2 j* H$ D8 ]2 ~. N3 @4 s
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)/P7 k) W+ a( a5 F. E
∑( Z: G4 K4 z/ E
i=1- w8 J, Q8 u/ h1 R. K- K
(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。
% R7 `) T% r* z* a: ] 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
9 U8 H: z) L+ w y5 e% p# ? (3)对于有m个台阶的阶梯形类零件,m ti/T=1/P8 e8 A- M; Z# G4 d7 c& a: a0 a
∑
; j1 E! T, z; V& e6 L i=1& m; V+ T% S f7 `1 N; F, z I! @
(4) 式中T为刀具耐用度。
( ~- D- |+ p/ n0 O 那么,1/P= m ti/T=pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCT
$ c) T3 K4 L6 x6 Y$ l$ Q ∑ ∑- X2 g) d/ S6 a2 W% z& v! @
i=1 i=1# D/ h$ W' `9 Q
(5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt
6 R7 l" j; D' @ ∑ ∑( U: P3 z+ `7 X. o6 N
i=1 i=1# O+ i. _" G; c$ M/ Y
(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/x6 |$ H1 b6 v4 p( U) l
∑ ∑
9 `; I. x0 w3 U) J: ? i=1 i=1) s5 d( D( I. n
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
8 K4 [7 X+ W! q ∑ b0 z$ U1 b7 `
i=1
) s& Z; r& ?" E! u) u; G6 Z (8) 其中:1/P=pNx-1fy-1apz( m DixLi)/(1000xCT
; I* J4 v- S: N ∑! Y5 ?9 f& z8 Q9 F4 P8 p& a( e9 p/ y
i=1
( @, Q4 V8 b) n1 X6 _ (9)导出最低成本的切削速度为:vmin*C=[MCt/[(x-1)(Mtct+Ct)fyapz]1/x (10) `: P/ n, E' @+ Z _6 d% b
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 e# V& c$ L- n
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
5 c. A+ M( l: U( q/ L8 a5 H2 H6 o 刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min) `+ o/ }& r% }% f6 s8 q
进给量 f=0.6mm/r1 Y% V2 p1 G% }1 z+ i w
切削深度 ap=1mm9 |+ {3 ?+ s4 M9 Z8 D3 l5 D1 j, @
除换刀外其它辅助工时 tot=3min- v/ Y, P2 B. C! p- A4 I
刀具更换时间 tct=0.8min: P& z4 n: k6 a! r/ a9 k4 |+ ^
主轴转速改变时间 tg=0.1min7 @/ r( j, o% N' V8 j/ K
刀具成本 Ct=4元/刃3 e. y0 }+ Z( j: X
该工序单位时间内分1 t, K& y- M0 h' r4 _
担的全厂开支 M=1元/min+ Z# V3 I9 J1 g' ]3 ^+ x1 @6 t5 U
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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