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目標是最大限度地提高經濟效益。實現這一目標的可變參數相當多，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濟性已有研究，但在工廠中經常會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濟性，為車削階梯形類零件選擇切削速度提供了依據。
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個臺階面一次切削行程的機加工時為:ti=pDiLi/(1000fivi)=Li/Nif 
    (1) 式中：i——表示零件的第i個臺階面;Di——第i個臺階面的直徑(mm);Li——第i個臺階面的軸向長度(mm); vi——車削第i個臺階面的切削速度(m/min)；f=進給量(mm/r)；Ni——車削第i個臺階面的主軸轉速(r/min)。
對于有m個階梯的零件，每個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——該工序單位時間內分擔的全廠開支(元/min)；tvt一除換刀外的其它輔助工時(min/件)；tct——刀具更換時間(min)；Ct——刀具成本(元/刃)；P——刀具每一個切削刃達到刀具耐用度標準前加工的零件數。
2 恒主軸轉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
    恒主軸轉速法車削階梯形類零件，即在車削過程中主軸轉速不變，而每個臺階面的切削速度是變化的。令主軸轉速為N，那么第i個臺階面的切削速度為:vi=pDiN/1000
    (3)對于有m個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)同理可導出最低加工成本的主軸轉速為: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速。其加工成本應在方程(2)的基礎上再加上變換轉速所需時間的成本。令tg為改變主軸轉速所需時間，則轉速改變增加的成本是Mmtg，這樣，恒切削速度法車削每個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所列數據，對恒轉速法和恒切削速度法車削圖1示零件的加工成本進行比較，計算結果見圖2。
圖2 直徑比和加工成本的關系 表1 計算加工成本使用的數據 定義 符號和數據
刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min
進給量 f=0.6mm/r
切削深度 ap=1mm
除換刀外其它輔助工時 tot=3min
刀具更換時間 tct=0.8min
主軸轉速改變時間 tg=0.1min
刀具成本 Ct=4元/刃
該工序單位時間內分
擔的全廠開支 M=1元/min 
 5 結論
    由計算結果可以看出:(1)當階梯形零件為小直徑比情況下，恒轉速法車削比恒切削速度法車削的加工成本低，所以應采用恒轉速法切削。(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，所以應采用恒切削速度法。