高速铣削加工效率的一般计算与分析

高速铳削加工效率的一般计算与分析转随着高速切削技术的发展，高速铳削工艺的应用日益广泛，越来越受到制造企业和科研工作者的关注信息产业部某研究所自年月从瑞士公司购进第一台19997MIKRON HSM-700型高速立式铳削中心后，年月又购进三台型高速铳床用于生产笔者通过200110HSM-700对这批先进高速铳床的加工效率进行深入、细致的调查研究，对比了不同铳床的加工效率，推导了高速铳削加工效率的计算公式.加工效率的计算1按照传统切削理论，切削加工效率可通过下列公式计算Zwcm3/minZw=vxfxap1式中:切削速度，进给量，切削深度v——f——ap——根据分析与研究，我们认为式不适用于高速铳削加工效率的计算，原因主要有两点1

①高速铳床的主轴转速相当高如型高速铳床最高转速达加工平面时HSM-70042000r7min,转速也在以上，如此高的转速使刀具并非每一转都在切削金属；35000i7min

②在实际加工中，设定的转速和进给量只是最大转速和最大进给量，实际的刀具转速和进给量时刻都在变化机床的自测功能可以显示整个切削过程中的变化情况,切削过HSM-700程中的实际转速和进给量总是从较低值迅速达到较高值又很快降到较低值，如此反复变化，这是铳削过程的客观反映，而不像车削过程中可以保持转速和进给量恒定不变因此，我们提出用单位时间内的金属去除量表示加工效率，即Zcm3/minZ=W/t2式中:切削过程总的金属去除量切削时间式更符合高速铳削W—cm3,t——min02的实际情况，用式很容易实现对高速铳削加工效率的计算，同时也便于不同铳床加工效率的2比较例如，原来在普通铳床上加工某零件，为了缩短生产周期，一部分零件现采用高速铳床加工这样，可通过该零件的加工来比较两种加工设备的加工效率由于该零件的表面质量要求不高，高速铳削和普通铳削均能达到要求事实上，高速铳削加工出的零件表面粗糙度要比普通铳削加工低1〜2个等级用单位时间内的金属去除量（）表示加工效率试验中取铳削加工过程Z=W/t cm3/min中的几个时间段，记录加工时间，测量在各个时间段零件加工前后的体积差，通过式（）计2算得到值通过多次测量计算取的平均值，该平均值即可视为较准确的值Z Z Z对于上述零件的高速铳削过程，由式（）算得的值为2Z（高速）Z=W/t=

25.296cm3/min按照传统切削理论即按式（）计算得1Zw=nDn/1000x100xvf/nxQ.1xapx

0.1=

376.8cm3/min比较（高速）和显然与该零件实际的高速铳削加工效率相差很大Z Zw,Zw不同铳床加工效率的比较

2.某研究所目前用于生产的铳床除型高速铳床外，还有国产的立式铳床和进口的HSM-700铳削中心国产铳床是二十世纪九十年代初购进的北京第一机床厂生产的型立式升XK5040-1降台铳床（以下简称国产普通铳床），目前主要用于零件粗加工及少量铸铁件和钢件的加工；进口铳削中心是美国产型铳削中心（以下简称进口普通铳床），可用于粗加工和VF-0HAAS精加工对于上述零件，在国产普通铳床上加工的切削效率为（国普）Z=W/t=

3.073cm3/min在进口普通铳床上加工的切削效率为（进普）Z=W/t=

7.277cm3/min将（高速）分别与（国普）和（进普）进行比较，有ZZZ（高速）（国普）Z/Z=8232（高速）（进普）Z/Z=

3.476由上述计算和比较可以看出，在高速铳床上加工该零件的金属去除率相当高，与国产普通铳床相比其优势更为明显（据操作工人反映，甚至出现过高速铳床加工效率比国产普通铳床快倍以上的情况）当然，对于不同材质、不同形状和不同加工要求的零件，不同铳床的10加工效率并不相同对于加工面积较大的大型零件或形状特别复杂的零件，高速铳床具有更为显著的加工效率优势高速铳床的效率优势主要体现为高的刀具转速和高的进给速度在n vf实际加工中，进给速度对加工效率的影响往往更大vf.考虑成本因素的加工效率比较3比较加工效率必须带有一定的约束条件，应结合企业的实际情况，考虑加工效率与生产成本的关系用式⑵求得的加工效率除以加工成本来表示考虑了成本因素的加工效率Z CE（•万元），即cm3/min（）E=Z/C3式（）中，为计算简便，设加工成本主要为制造费用（包括设备成本、设备维护费用、3C刀具损耗费用等），并假设高速铳床、国产普通铳床、进口普通铳床的日常维护费用相等为了能客观地反映实际加工效率，对年月到年月这一较长时间段内的机床使用2001120025情况进行比较瑞士型高速铳床每台价值人民币（高速）万元；由于机床MIKRON HSM-700C0=200零部件价格昂贵，用于机床非日常维护的费用（包括故障检修、更换零部件等）为（高速）C2万元；在高速铳床上使用的刀具均为进口铳刀，价格较为昂贵，再加上缺少针对不同刀具=

9.5和零件材料的切削用量规范，使得高速铳刀的使用成本较高，因此，从去年初至今，高速铳刀损耗费用为（高速）元C3=

14548.13美国产型铳削中心是年进口的普通铳削中心，当时价值人民币（进VF-0HAAS1998C0普）=万元；机床使用性能较好，除日常维护外，至今没有出现需要维修的故障，（进80C2普）万元；与高速铳床一样，所使用的刀具均为进口铳刀，除正常的刀具磨损外,很少出=

0.45现刀具非正常损耗，铳刀损耗费用为（进普）=元C

32195.26年从北京第一机床厂购进的型立式升降台铳床，当时价值人民币（国1992XK5040-1CO普）=万元；目前主要用于零件粗加工，虽然精度不高，但性能还比较稳定，除日常维护外，60未出现大故障年对其操作系统进行了改造（换装了西门子操作系统），改造和检修的2000费用为（国普）万元；在此机床上既使用进口刀具也使用国产刀具，铳刀损耗费用C2=

6.45为（国普）=元C

31377.62设机床的使用年限为年，按照直线折旧法，机床每年折旧则到年，205%,2002三种铳床的当前成本分别为（高速）=（）（高速）[（）（）（万元）C11/4C01-5%x3+31-5%]=185（进普）（进普）（）（万元）C1=C01-5%x4=64（国普）（国普）（）（万元）C1=C01-5%x10=30由式（）可求得考虑成本时三种不同铳床的加工效率分别为3（高速）（高速）（（高速）（高速）+（高速））=•E=Z/C1+C2C

30.1291cm3/min万元（进普）（进普）（（进普）+（进普）+（进普））=•E=Z/C1C2C

30.1125cm3/min万元（国普）（国普）（（国普）（国普）（国普）=•万E=Z/C1+C2+C

30.0840cm3/min元由计算结果可以看出，考虑成本因素后，高速铳削不再具有显著的效率优势（与进口普通铳削中心的加工效率接近）这一比较结果说明，目前高速铳削的使用成本还比较高（其设备成本、维护费用和刀具损耗费用都比普通机床高出很多）尽管目前采用高速铳削还达不到经济的切削效率，但并不说明高速铳削不具优势首先，上文对铳削效率经济性的分析仅考虑了生产成本，并没有考虑时间效益在技术飞速发展的今天，时间往往是更重要的经济因素高速铳削加工在缩短加工工时方面的优势是很明显的其次，上文所作加工效率比较是在高速铳床和普通铳床均能加工同一种零件的前提下进行的，事实上许多不适合（或不能）在普通铳床上加工的零件（如薄壁零件或对加工表面质量要求较高的零件）只能用高速铳床加工第三，高速铳削技术作为一种新的加工技术在我国正经历不断发展的过程，为了获得高速铳削的经济加工效率，必须深入研究高速铳削机理，加快进行高速铳削工艺的科研开发，同时加强生产管理，提高操作者素质相信随着对高速铳削技术研究的不断深入，加工的经济性等问题将得到很好解决.结论4生产实践表明，高速铳床加工零件覆盖面广，特别适用于加工面积较大、形状复杂的1精密零部件零件加工精度高，废品率低传统的切削加工效率公式不适用于高速铳削，用单位时间内的金属去除量来表述高速2铳削的加工效率更为准确单从机床的切削效率来看，高速铳床要高出普通铳床好几倍，但目前高速铳床的使用3成本较高在选择工艺方案时，可以考虑用普通铳床进行粗加工，用高速铳床进行半精加工和精加工只有深入开展高速铳削技术的科研开发，才能充分发挥高速铳床的加工效率优势4。