车削阶梯形零件的切削速度选择

0 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 
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。
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
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。