高速铣削加工效率的计算与分析

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1、高速铣削加工效率的计算与分析

2、第1随着高速切削技术的发展，高速铣削工艺的应用日益广泛，越来越受到制造业的企业和科研工的关注。信息产业部某研究所自1999年7月从瑞士MIKRON公司购进第一台HSM-700型高速立式铣削中心后，2001年10月又购进三台HSM-700型高速铣床用于生产。笔者通过对这批先进高速铣床的加工效率进行深入、细致的调查研究，对比了不同铣床的加工效率，推导了高速铣削加工效率的计算公式。1加工效率的计算按照传统切削理论，切削加工效率Z-700型高速铣床最高转速达42000r/min,，加工平面时转速也在35000r/min,以上)，如此高的转速使刀具并非每一转都在切削金属；

3、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(HSM-700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，这是铣削过程的客观反映，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Z(cm3/min)表示加工效率，即（2）式中-700型高速铣床外，还有国产的立式铣床和进口的铣削中心。国产铣床是二十世纪九十年代初购进的北京第一机床厂生产的XK5040-1型立式升降台铣床(以下简称国产普通铣床)，目前主要用于零件粗加工及少

4、量铸铁件和钢件的加工；进口铣削中心是美国产VF-0HAAS型铣削中心(以下简称进口普通铣床)，可用于粗加工和精加工。对于图1所示零件，在国产普通铣床上加工的切削效率为在进口普通铣床上加工的切削效率为将Z高速分别与Z国普和Z进普进行比较，由上述计算和比较可以看出，在高速铣床上加工该零件的金属去除率相当高，与国产普通铣床相比其优势更为明显(据操作工人反映，甚至出现过高速铣床加工效率比国产普通铣床快10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，不同铣床的加工效率并不相同。对于加工面积较大的大型零件或形状特别复杂的零件，高速铣床具有更为显著的加工效率优势。高速铣床的效率优势主

5、要体现为高的刀具转速n和高的进给速度Vf。在实际加工中，进给速度Vf对加工效率的影响往往更大。3考虑成本因素的加工效率比较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(2)求得的加工效率Z除以加工成本C来表示考虑了成本因素的加工效率E(cm3/min万元)，即（3）式(3)中，为计算简便，设加工成本C主要为制造费用(包括设备成本、设备维护费用、刀具损耗费用等)，并假设高速铣床、国产普通铣床、进口普通铣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2001年1月到2002年5月这一较长时间段内的机床使用情况进行比较：瑞士MICRONHSM

6、-700型高速铣床每台价值人民币C0高速=200万元；由于机床零部件价格昂贵，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C2高速=9.5万元；在高速铣床上使用的刀具均为进口铣刀，价格较为昂贵，再加上缺少针对不同刀具和零件材料的切削用量规范，使得高速铣刀的使用成本较高，因此，从去年初至今，高速铣刀损耗费用为C3高速=14,548.13元。美国产VF-0HAAS型铣削中心是1998年进口的普通铣削中心，当时价值人民币C0进普=80万元；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，C2进普=0.45万元；与高速铣床一样，所使用的刀具均为进口铣刀，除正常的刀具磨损外，很

7、少出现刀具非正常损耗，铣刀损耗费用为C3进普=2,195.26元。1992年从北京第一机床厂购进的XK5040-1型立式升降台铣床，当时价值人民币C0国普=60万元；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，未出现大故障。2000年对其操作系统进行了改造(换装了西门子操作系统)，改造和检修的费用为C2国普=6.45万元；在此机床上既使用进口刀具也使用国产刀具，铣刀损耗费用为C3国普=1,377.62元。设机床的使用年限为20年，按照直线折旧法，机床每年折旧5%，则到2002年，三种铣床的当前成本分别为：由式(3)可求得考虑成本时三种不同铣床的加工效率分别为由计算结

8、果可以看出，考虑成本因素后，高速铣削不再具有显著的效率优势(与进口普通铣削中心的加工效率接近)。这一比较结果说明，目前高速铣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)。尽管目前采用高速铣削还达不到经济的切削效率，但并不说明高速铣削不具优势。首先，上文对铣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。高速铣削加工在缩