【摘 要】通過對(duì)不同零件加工選擇普通車床或數(shù)控車床的合理性分析對(duì)比，尋求降低零件車削加工成本和提高加工效率的有效途徑。

【關(guān)鍵詞】車削加工 數(shù)控車床 普通車床 合理選用

【中圖分類號(hào)】G【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2013）05C-0190-03

在實(shí)際車削加工生產(chǎn)中，會(huì)遇到各種各樣的零件，根據(jù)不同類型的零件合理選用車床類型，能做到既提高功效，又降低生產(chǎn)成本。

目前，我國企業(yè)機(jī)械零件車削加工所采用的車床有普通車床、數(shù)控車床及車削中心。普通車床是傳統(tǒng)的手動(dòng)操作，操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度較大。但普通車床剛性好，承受的切削扭矩大，適用于不規(guī)則毛坯及大余量零件的粗車以及單件小批量零件的車削加工。數(shù)控車床或車削中心是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床。它具有廣泛的加工藝性能，加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且自動(dòng)化程度極高，可減輕工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了生產(chǎn)效率，并且可以完成普通機(jī)床難以完成的復(fù)雜曲面的零件加工，尤其車削中心可對(duì)付含車、銑、鉆多工種加工的大型零件，因而數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。但是數(shù)控車床造價(jià)比普通車床高，而剛性比普通車床剛性要差些，承受的加工扭矩、抗沖擊性比普通車床小，所以，應(yīng)根據(jù)加工對(duì)象選用車床。如果不假思索地隨意選用車床，可能出現(xiàn)加工出的零件精度達(dá)不到圖樣要求、生產(chǎn)效率過低，或者浪費(fèi)設(shè)備資源，或者縮短精密車床壽命等現(xiàn)象。

選擇車床類別時(shí)應(yīng)根據(jù)零件結(jié)構(gòu)、工藝特征及數(shù)量等要素選擇來選擇。

一、根據(jù)零件結(jié)構(gòu)選擇車床類別

零件結(jié)構(gòu)指零件各組成加工表面輪廓的要素。如軸類零件有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和復(fù)雜之分，有外圓、端面組成的圓柱銷（或光軸），有圓柱面、端面組成的圓錐銷，有多圓柱面組成的臺(tái)階軸，這些結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的軸承為簡(jiǎn)單軸類零件；由外圓柱面、圓錐面、溝槽、螺紋、特形面、內(nèi)孔、徑向孔等組合而成的軸承為復(fù)雜軸類零件。套類零件同樣也有簡(jiǎn)單套類零件和復(fù)雜套類零件之分。

（一）對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且精度較容易控制的零件，如粗車圖1所示零件，精度要求不高，從縮短切削基本時(shí)間方面考慮，基本時(shí)間計(jì)算如下：

車削基本時(shí)間為tj■×■，式中tj為基本時(shí)間（min），l為刀具行程長(zhǎng)度（mm），n為工件轉(zhuǎn)速（r/min），f為進(jìn)給量（mm/r），z為工序余量（mm），？琢p為背吃刀量（mm）。其中，■為加工該表面的走刀次數(shù)，設(shè)為N，取整數(shù)。

若選用普通車床加工，轉(zhuǎn)速n選取1000 r/min，進(jìn)給量f選取0.5 mm/r，背吃刀量？琢p取4 mm，那么左、中、右三處外圓表面的走刀次數(shù)由z/？琢p計(jì)算并取整后N分別為2、1、2，起切點(diǎn)離端面2 mm。計(jì)算基本時(shí)間如下：

tj左■×2=0.068（min）

tj中■×1=0.07（min）

tj右■×2=0.408（min）

總基本時(shí)間為tj=0.068+0.07+0.408=0.546（min）

若選用數(shù)控車床加工，選用不重磨車刀，由于數(shù)控車床剛性差些，轉(zhuǎn)速n選取1500 r/min，進(jìn)給量f選取0.3 mm/r，背吃刀量？琢p取3 mm，左、右兩端的外圓表面需各粗車兩刀，半精車一刀，中間的外圓表面粗車兩刀，半精車一刀。所以左、中、右三處外圓表面的走刀次數(shù)N分別為3、2、3。計(jì)算基本時(shí)間如下：

tj左■×3=0.113（min）

tj中■×2=0.156（min）

tj右■×3=0.68（min）

總基本時(shí)間為tj=0.113+0.156+0.68=0.815（min）

由此可見，粗加工結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且余量大的零件時(shí)，普通車床所用基本時(shí)間比在數(shù)控車床所用基本時(shí)間少，損耗功率就少。雖然數(shù)控車床所用的輔助時(shí)間比普通車床所用的輔助時(shí)間要少些，但車床折舊成本考慮，數(shù)控車床的成本遠(yuǎn)高于普通車床的成本，所以，從經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，選擇普通車床更合理。

（二）對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。由多種表面構(gòu)成形狀較復(fù)雜的零件，如圖2所示零件的車削，若采用普通車床來加工，圓弧、圓錐、螺紋等表面的加工率就比較低，且普通車削所加工的螺紋的種類相當(dāng)有限，而數(shù)控車床不但能加工任何等距的直螺紋、錐螺紋和端面螺紋，還能車削變螺距的螺紋，能使等距螺紋與變距螺紋之間平滑過渡，加工出來的螺紋精度高、表面粗糙度小。采用數(shù)控車床加工復(fù)雜的零件，只要輸入正確的加工程序及正確操作就可以輕而易舉地保證按圖樣加工出來。對(duì)批量生產(chǎn)，數(shù)控車床由于輔助時(shí)間很短，切削加工進(jìn)退刀動(dòng)作連貫，就更加顯現(xiàn)其效率優(yōu)勢(shì)。所以，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的批量生產(chǎn)的零件，或零件的部分內(nèi)容普在通車床無法加工或難加工、質(zhì)量難保證、勞動(dòng)強(qiáng)度大、加工效率低的零件，應(yīng)選用數(shù)控車加工。

（三）對(duì)于多工種轉(zhuǎn)換加工的零件。若加工的零件包含車、銑、鉆等多工種加工內(nèi)容，且尺寸較大的零件，則應(yīng)選擇車削中心來加工，這樣可減少轉(zhuǎn)換工種是消耗過多輔助時(shí)間。但尺寸較小的零件不適宜在車削中心加工，避免貴重的大設(shè)備加工小零件造成資源浪費(fèi)，可按上述兩種的選擇原則選用普車床或數(shù)控車床加工后再轉(zhuǎn)到其他工種加工其他工序內(nèi)容。

二、根據(jù)加工零件的工藝特征選擇車床類別

選用車床類型還應(yīng)根據(jù)零件加工工藝特征來確定，如加工精度高低與數(shù)量多少、粗加工還是精加工、加工余量大小及加工是否斷續(xù)切削具有沖擊性等因素來考慮。

（一）對(duì)于尺寸精度高的零件。普通車削時(shí)，車床的切削用量、進(jìn)給路線和加工步驟等是由操作工人自行選定，車床受控于操作工人，加工尺寸精度高的零件難度大、質(zhì)量不穩(wěn)定。數(shù)控車削加工按程序指令自動(dòng)進(jìn)行的，數(shù)控車床受控于程序指令，質(zhì)量不穩(wěn)定。所加工的零件尺寸精度要求高，但零件數(shù)量少，如果選用數(shù)控車床加工，準(zhǔn)備加工程序及其他準(zhǔn)備工作的平均輔助時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)成本反而提高了，這時(shí)可選用普通車床上加工。如果零件數(shù)量多，在用普通車床上加工，整批零件的精度難以較穩(wěn)定的控制，加工效率不高，這時(shí)應(yīng)選用數(shù)控車床來加工。

（二）對(duì)于表面粗糙度精度高的零件。表面粗糙度要求較高的零件，在數(shù)控車床上加工更容易保證質(zhì)量，尤其是加工零件的端面和錐面時(shí)，在普通車床上車削，車床主軸轉(zhuǎn)速恒定不變，加工工件的切削速度卻在不斷變化，導(dǎo)致被加工零件表面粗糙度值不一樣。而數(shù)控車床有恒線速切削功能，它能根據(jù)加工零件直徑的改變來調(diào)整主軸的轉(zhuǎn)速，加工出來的零件表面粗糙度值小又均勻。所以對(duì)表面粗糙度要求高且數(shù)量多的零件應(yīng)選用數(shù)控車床加工。

（三）對(duì)加工余量大小的零件粗精車。對(duì)加工余量較大的零件粗車，采用強(qiáng)力切削來提高功效，從降低車床和刀具經(jīng)濟(jì)損耗考慮，若選用數(shù)控車床加工成本比普通車床高，選用剛性好的普通車床進(jìn)行粗加工，精車可選用數(shù)控車床。如果是大型零件且輪廓復(fù)雜，普通車床加工難度大、效率低，選用車削中心加工更能提高效率。

（四）對(duì)斷續(xù)切削具有沖擊性的零件。毛坯為鑄件或鍛件，加工余量不均勻，加工呈現(xiàn)斷續(xù)切削具有沖擊性的零件，如果選用高精度、造價(jià)高的數(shù)控車床加工，車床、刀具抗沖擊性能差，尤其是鑄鐵件的毛坯表皮有沙?；虬卓趯?duì)刀具與車床損害更大，加之鑄鐵粉末使車床導(dǎo)軌表面的磨損加劇。數(shù)控車床相對(duì)普通車床的加工成本高，所以，加工粗車時(shí)選用普通車床，剛性、抗沖擊性、經(jīng)濟(jì)性比數(shù)控車床好，精車時(shí)再選用數(shù)控車床提高效率更合理。

三、根據(jù)加工最大損耗功率選擇車床規(guī)格型號(hào)

根據(jù)加工零件的材料、直徑、切削量、加工精度及表面粗糙度要求，初步確定選用刀具，再通過查閱切削手冊(cè)計(jì)算并確定切削用量、切削力及切削功率才能正確選用機(jī)床額定功率，否則可能出現(xiàn)所選車床動(dòng)力不足或動(dòng)力過大造成浪費(fèi)。主切削力及切削功率可根據(jù)以下公式計(jì)算：

主切削力：Fz=9.81CFz ？琢pxFZ fyFZ vCnFZ KFZ

式中各參數(shù)通過查閱切削手冊(cè)選取，切削力修正系數(shù)由KFZ=計(jì)算。

切削功率：PC=（10-3Fz？自c）/60（kw）

如工件為中碳鋼，毛坯直徑為φ70 mm，最大加工余量為12 mm，加工精度為h12級(jí)，表面粗糙度Ra6.3？滋m，假定選用YT15硬質(zhì)合金90°不重磨車刀，刀片厚度為6 mm，？酌0=10°，？酌01=-5°，λs=0°，？酌ε=0.5 mm，通過查閱切削手冊(cè)計(jì)算確定切削用量：？琢p=5mm，f=0.4 mm，？自c=100 mm/min，其他參數(shù)：CFz=270，xFz=1.0，yFz=0.75，nFz=-0.15，KFZ=1.0（KFZ修正系數(shù)在此取1.0）。

所以FZ=9.81×270×51.0×0.41.0×100-0.15×1.0=2655（N）

PC=（10-3×2655×100）/60=4.425（kw）

考慮機(jī)床效率ηm=0.8，則車床額定功率Pe≥Pc/ηm=4.425÷0.8=5.531（kw）。

最后根據(jù)切削功率，選擇普通車床。若選擇普通車床，應(yīng)選擇額定功率為7.5 kw的CA6140。若選擇SK6140數(shù)控車床，主電機(jī)的額定功率為5.5 kw，因此切削深度及進(jìn)給量相對(duì)于普通車床CA6140應(yīng)取小些，而切削速度可取高些，充分發(fā)揮數(shù)控刀具的潛能。

以上是根據(jù)加工零件選擇車床類型的一般方法。由于數(shù)控車削的操作方法、工藝制定、工序的安排以及加工方法與普通車削有較大差別，對(duì)操作工的技術(shù)要求也不同，工資待遇有所區(qū)別。實(shí)際生產(chǎn)中，考慮生產(chǎn)成本的差異尤為重要。選擇加工機(jī)床時(shí)還需考慮以下問題，如加工前期準(zhǔn)備工作，根據(jù)典型零件的工藝要求，是否需要制作工裝夾具及制作周期；特殊刀具與選用的車床相匹配；提高產(chǎn)品質(zhì)量靠性和生產(chǎn)效率，等等。

綜上所述，根據(jù)加工對(duì)象選擇加工車床可大體原則如表1所示，給生產(chǎn)管理提供參考。

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【作者簡(jiǎn)介】韋富基（1958- ），男，壯族，廣西上思人，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系副教授，研究方向：機(jī)電技術(shù)教育。