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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- A' z/ n5 M1 f
(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)。# w. C' I2 r1 M( t7 \
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)/P3 A- l3 p) q4 N
∑
) \8 V0 R4 f. V* |" [+ M4 W5 T i=1
3 F+ n N0 @! ?7 ~ (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。1 W$ _- i0 b2 R( ]0 ^3 F- i) t0 b
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" _; A( ^( Z2 a7 V
(3)对于有m个台阶的阶梯形类零件,m ti/T=1/P7 z+ M0 E' S+ V+ q9 r6 u# I" E
∑' f9 W: p' q- [, N+ y
i=1' }% M& s& ~* v# W* G: m. X
(4) 式中T为刀具耐用度。
6 I: ^- p. Q* @/ \) Z& Q 那么,1/P= m ti/T=pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCT
1 k, P$ [! M5 L6 ` ∑ ∑
' n6 F- m: X1 F0 {, [6 P3 w9 ~ i=1 i=1 S: e5 U, n4 b7 |9 ?4 A( @
(5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt: O8 R: K- w1 R
∑ ∑7 W/ |4 R! }/ R/ r5 T1 x
i=1 i=1" ? l9 c7 h% H3 t
(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' Z+ R* s' ^/ j+ n o O8 Y
∑ ∑4 O4 x7 p+ [. x+ u# E; {
i=1 i=1
+ a# O' ?+ W5 F: M% l 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& l8 d: R1 d4 d8 H# I$ C ?
∑
7 K! ~0 m$ h7 ?. l" M7 {. b3 G+ k1 a i=1
7 n" s" e2 B( t2 } (8) 其中:1/P=pNx-1fy-1apz( m DixLi)/(1000xCT
7 T$ i: [! d/ d# Q0 h ∑2 K5 B6 W1 c/ i1 s# g" X
i=1
, T( J5 y6 Q6 `4 W3 _: ] (9)导出最低成本的切削速度为:vmin*C=[MCt/[(x-1)(Mtct+Ct)fyapz]1/x (10)3 B' P! `, h$ E5 r; M
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。/ x C ~* b9 t/ u5 w* [9 W3 b
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# h' k6 m+ ]$ J* f" j; {
刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min% T6 E; d4 \( K
进给量 f=0.6mm/r; C( l G1 k% \
切削深度 ap=1mm
, s! F) A" I9 [3 U% r) |! m0 f5 m 除换刀外其它辅助工时 tot=3min
8 J7 C. I/ {- b) c( @0 ^ 刀具更换时间 tct=0.8min
! s" p( V% q9 e3 `" I, } 主轴转速改变时间 tg=0.1min' b3 k0 M: z" F% e" X/ n: R
刀具成本 Ct=4元/刃& m8 {2 W& c6 a2 n! ]/ ?
该工序单位时间内分
7 ~; y0 U* s" y2 l }6 G. w. P, _8 w 担的全厂开支 M=1元/min# A; w1 n5 Y {, 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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