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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
+ O- Z* j8 b; {5 ]1 O* w. a (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)。
8 |9 D$ q8 r# h2 ?1 `+ R* X7 _ 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
( T3 ?$ d+ E+ r% _ ∑! h. e. m' ]* k) L) c' Y* P
i=1
, P2 u8 y' D& a* `( G (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。
+ N# }) c# k, 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
' F8 n. ^, u. V9 T( M (3)对于有m个台阶的阶梯形类零件，m ti/T=1/P
8 Z+ O& v5 a( m) N! e6 Z2 y ∑
, o! @# R' E) ^5 x/ F# m i=1+ |8 D6 R- S4 k
(4) 式中T为刀具耐用度。
" u* c7 i9 \4 U 那么，1/P= m ti/T=pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCT
. W }0 G/ i5 h; U; C: [( S ∑ ∑
/ }2 A, Z' N% _! g+ c i=1 i=1
7 b% {; l% U' v1 T) o" X" ?* k" R. ^+ i (5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt; p6 A+ ^1 n' }0 \4 z' z
∑ ∑" x0 J+ A X5 n* R) b: n
i=1 i=1
4 s( I& ]9 \! 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# c; A/ F' q9 P% j6 b$ c/ O
∑ ∑
3 O, t# \. `) a1 i$ Y- I5 e) ? i=1 i=1: K- Y( j1 ?! F; Q* Z: [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
" l1 u6 J( a Z: c: W- q' ? a" v ∑
% i- l" v1 [" L/ o" Y i=1
% d N7 |, n) J0 |' f0 p (8) 其中：1/P=pNx-1fy-1apz( m DixLi)/(1000xCT* s* j/ K/ G* Y; S6 r& T
∑
3 t- O4 S8 o, F% w i=1
* `4 m! ^+ m# h1 { (9)导出最低成本的切削速度为:vmin*C=[MCt/[(x-1)(Mtct+Ct)fyapz]1/x (10)
Y& T8 @ v' ? 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。
( p; o! e( O4 Q" s8 H# _1 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0 ?6 a+ k, ]+ _* Z2 M
刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min) b! @2 `* p) }6 R$ f1 s; e
进给量 f=0.6mm/r
" e5 G' ~; h" j! n# R0 X; s 切削深度 ap=1mm
" Q9 f" z. h' p$ B0 { o 除换刀外其它辅助工时 tot=3min0 F6 h- W4 ?; z2 y5 ]% B
刀具更换时间 tct=0.8min
5 N5 }( \# F1 \; v+ w 主轴转速改变时间 tg=0.1min4 I N5 g7 Z0 K: D; S* o
刀具成本 Ct=4元/刃9 c$ I4 `7 j* s5 M" a `0 A& e
该工序单位时间内分7 S7 q" L. P3 p! o) v
担的全厂开支 M=1元/min
7 P& ]$ X8 v3 c 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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发表于 2010-8-4 15:02:19