高速銑削加工效率的計算與分析

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tags: 高速銑削加工 銑削加工    時間:2014-03-11 13:48:35
高速銑削加工效率的計算與分析簡介
         隨著高速切削技術的發展,高速銑削工藝的應用日益廣泛……
高速銑削加工效率的計算與分析正文
         隨著高速切削技術的發展,高速銑削工藝的應用日益廣泛,越來越受到製造企業和科研工作者的關注。信息產業部某研究所自1999年7月從瑞士MIKRON公司購進第一台HSM-700型高速立式銑削中心后,2001年10月又購進三台HSM-700型高速銑床用於生產。筆者通過對這批先進高速銑床的加工效率進行深入、細緻的調查研究,對比了不同銑床的加工效率,推導了高速銑削加工效率的計算公式。?
    1.加工效率的計算?
    按照傳統切削理論,切削加工效率Zw(cm3/min)可通過下列公式計算:?
    Zw=v×f×ap? (1)
    式中:v——切削速度,f——進給量,ap——切削深度?
    根據分析與研究,我們認為式(1)不適用於高速銑削加工效率的計算,原因主要有兩點:①高速銑床的主軸轉速相當高(如HSM-700型高速銑床最高轉速達42000r/min,加工平面時轉速也在35000r/min以上),如此高的轉速使刀具並非每一轉都在切削金屬;
    ②在實際加工中,設定的轉速和進給量只是最大轉速和最大進給量,實際的刀具轉速和進給量時刻都在變化(HSM-700機床的自測功能可以顯示整個切削過程中的變化情況),切削過程中的實際轉速和進給量總是從較低值迅速達到較高值又很快降到較低值,如此反覆變化,這是銑削過程的客觀反映,而不像車削過程中可以保持轉速和進給量恆定不變。?
    因此,我們提出用單位時間內的金屬去除量Z(cm3/min)表示加工效率,即:
    Z=W/t? (2)
    式中:W——切削過程總的金屬去除量(cm3),t——切削時間(min)(>0)
    式(2)更符合高速銑削的實際情況,用式(2)很容易實現對高速銑削加工效率的計算,同時也便於不同銑床加工效率的比較。?
    例如,原來在普通銑床上加工某零件,為了縮短生產周期,一部分零件現採用高速銑床加工。這樣,可通過該零件的加工來比較兩種加工設備的加工效率。由於該零件的表面質量要求不高,高速銑削和普通銑削均能達到要求。事實上,高速銑削加工出的零件表面粗糙度要比普通銑削加工低1~2個等級。
    用單位時間內的金屬去除量Z=W/t(cm3/min)表示加工效率。試驗中取銑削加工過程中的幾個時間段,記錄加工時間,測量在各個時間段零件加工前後的體積差,通過式(2)計算得到Z值。通過多次測量計算取Z的平均值,該平均值即可視為較準確的Z值。
    對於上述零件的高速銑削過程,由式(2)算得的Z值為:
    Z(高速)=W/t=25.296cm3/min
    按照傳統切削理論即按式(1)計算得:
    Zw=πDn/1000×100×vf/n×0.1×ap×0.1=376.8cm3/min
    比較Z(高速)和Zw,顯然Zw與該零件實際的高速銑削加工效率相差很大。?
    2.不同銑床加工效率的比較?
    某研究所目前用於生產的銑床除HSM-700型高速銑床外,還有國產的立式銑床和進口的銑削中心。國產銑床是二十世紀九十年代初購進的北京第一機床廠生產的XK5040-1型立式升降台銑床(以下簡稱國產普通銑床),目前主要用於零件粗加工及少量鑄鐵件和鋼件的加工;進口銑削中心是美國產VF-0 HAAS型銑削中心(以下簡稱進口普通銑床),可用於粗加工和精加工。?
    對於上述零件,在國產普通銑床上加工的切削效率為:
    Z(國普)=W/t=3.073cm3/min
    在進口普通銑床上加工的切削效率為:
    Z(進普)=W/t=7.277cm3/min
    將Z(高速)分別與Z(國普)和Z(進普)進行比較,有:
    Z(高速)/Z(國普)=8.232?
    Z(高速)/Z(進普)=3.476?
    由上述計算和比較可以看出,在高速銑床上加工該零件的金屬去除率相當高,與國產普通銑床相比其優勢更為明顯(據操作工人反映,甚至出現過高速銑床加工效率比國產普通銑床快10倍以上的情況)。當然,對於不同材質、不同形狀和不同加工要求的零件,不同銑床的加工效率並不相同。對於加工面積較大的大型零件或形狀特別複雜的零件,高速銑床具有更為顯著的加工效率優勢。高速銑床的效率優勢主要體現為高的刀具轉速n和高的進給速度vf。在實際加工中,進給速度vf對加工效率的影響往往更大。?
    3.考慮成本因素的加工效率比較?
    比較加工效率必須帶有一定的約束條件,應結合企業的實際情況,考慮加工效率與生產成本的關係。用式
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