| 摘要：通过分析阶梯形零件切削速度与加工成本的关系，从而推导出阶梯形零件切削速度的选择原则。 |
引言
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 | (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 |
| ∑ |
| i=1 |
(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。 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 | (3) |
对于有m个台阶的阶梯形类零件， |
| m | ti/T=1/P |
| ∑ |
| i=1 |
(4) | 式中T为刀具耐用度。 那么， |
| 1/P= | m | ti/T=pxNx-1fy-1apz( | m | DixLi)/1000xCT |
| ∑ | ∑ |
| i=1 | i=1 |
(5) | |
| CN=M/(fN) | m | Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( | m | DixLi)/1000xCt |
| ∑ | ∑ |
| i=1 | i=1 |
(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 |
| ∑ | ∑ |
| i=1 | i=1 |
(7) |
图1 零件简图
|
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 |
(8) | |
| 其中：1/P=pNx-1fy-1apz( | m | DixLi)/(1000xCT |
| ∑ |
| i=1 |
(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
使用下表所列数据，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。
图2 直径比和加工成本的关系
| 表 计算加工成本使用的数据 |
| 定义 | 符号和数据 |
|---|
| 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 |
| 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 |
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。
2018-10-20
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