車削階梯形零件的切削速度選擇

0 引言
    金屬切削加工的最優(yōu)目標(biāo)是最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的可變參數(shù)相當(dāng)多，而切削用量的合理選擇尤為重要。對于車削等直徑圓柱體的經(jīng)濟(jì)性已有研究，但在工廠中經(jīng)常會(huì)遇到不等直徑的梯形類零件，而車削這類零件可以有兩種選擇切削速度的方法，即恒轉(zhuǎn)速法和恒切削速度法。本文分析了這兩種方法加工階梯形類零件的經(jīng)濟(jì)性，為車削階梯形類零件選擇切削速度提供了依據(jù)。
1 車削階梯形類零件的加工成本
    在車削階梯形類零件中，第i個(gè)臺階面一次切削行程的機(jī)加工時(shí)為:ti=pDiLi/(1000fivi)=Li/Nif 
    (1) 式中：i——表示零件的第i個(gè)臺階面;Di——第i個(gè)臺階面的直徑(mm);Li——第i個(gè)臺階面的軸向長度(mm); vi——車削第i個(gè)臺階面的切削速度(m/min)；f=進(jìn)給量(mm/r)；Ni——車削第i個(gè)臺階面的主軸轉(zhuǎn)速(r/min)。
對于有m個(gè)階梯的零件，每個(gè)零件的工序加工成本為:C=pm/(1000f) m DiLi/vi+Mtvt+(MIct+Ci)/P
∑
i=1
    (2) 式中：M——該工序單位時(shí)間內(nèi)分擔(dān)的全廠開支(元/min)；tvt一除換刀外的其它輔助工時(shí)(min/件)；tct——刀具更換時(shí)間(min)；Ct——刀具成本(元/刃)；P——刀具每一個(gè)切削刃達(dá)到刀具耐用度標(biāo)準(zhǔn)前加工的零件數(shù)。
2 恒主軸轉(zhuǎn)速法車削階梯形類零件的加工成本及最佳切削條件的確定
    恒主軸轉(zhuǎn)速法車削階梯形類零件，即在車削過程中主軸轉(zhuǎn)速不變，而每個(gè)臺階面的切削速度是變化的。令主軸轉(zhuǎn)速為N，那么第i個(gè)臺階面的切削速度為:vi=pDiN/1000
    (3)對于有m個(gè)臺階的階梯形類零件，m ti/T=1/P
∑
i=1
    (4) 式中T為刀具耐用度。
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)同理可導(dǎo)出最低加工成本的主軸轉(zhuǎn)速為:Nmin*C=[1000xCtM m Li/[(x-1)(Mtct+Ct)pxfy] m DixLi]1/x
∑ ∑
i=1 i=1 
3 恒切削速度法車削階梯形類零件的加工成本及最佳切削條件的確定
    以恒切削速度法車削階梯形類零件，在加工過程中需改變主軸轉(zhuǎn)速。其加工成本應(yīng)在方程(2)的基礎(chǔ)上再加上變換轉(zhuǎn)速所需時(shí)間的成本。令tg為改變主軸轉(zhuǎn)速所需時(shí)間，則轉(zhuǎn)速改變增加的成本是Mmtg，這樣，恒切削速度法車削每個(gè)階梯類零件的加工成本為: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)導(dǎo)出最低成本的切削速度為:vmin*C=[MCt/[(x-1)(Mtct+Ct)fyapz]1/x (10)
4 兩種方法的加工成本比較
   使用表1所列數(shù)據(jù)，對恒轉(zhuǎn)速法和恒切削速度法車削圖1示零件的加工成本進(jìn)行比較，計(jì)算結(jié)果見圖2。
圖2 直徑比和加工成本的關(guān)系 表1 計(jì)算加工成本使用的數(shù)據(jù) 定義 符號和數(shù)據(jù)
刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min
進(jìn)給量 f=0.6mm/r
切削深度 ap=1mm
除換刀外其它輔助工時(shí) tot=3min
刀具更換時(shí)間 tct=0.8min
主軸轉(zhuǎn)速改變時(shí)間 tg=0.1min
刀具成本 Ct=4元/刃
該工序單位時(shí)間內(nèi)分
擔(dān)的全廠開支 M=1元/min 
 5 結(jié)論
    由計(jì)算結(jié)果可以看出:(1)當(dāng)階梯形零件為小直徑比情況下，恒轉(zhuǎn)速法車削比恒切削速度法車削的加工成本低，所以應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)速法切削。(2)對于較大直徑比的階梯形類零件，采用哪種方法有利，取決于零件的加工長度L1和L2，L1和Lt越小，恒轉(zhuǎn)速法車削有利的直徑比范圍越大，反之亦然。(3)對于大直徑比的階梯形類零件，恒切削速度法的加工成本低，所以應(yīng)采用恒切削速度法。