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基于切削用量的機加工成本優(yōu)化
通用電氣航空蘇州有限公司 楊俊毅 2020/9/12 16:23:14
（接上頁）等均與上述實驗數(shù)據(jù)一致。目前，工廠實際的參數(shù)選用的是：粗加工切削線速度33m/min，切深0.8mm，進給0.20mm/r。目前切削的相關(guān)信息包括：粗加工時間50.7min，刀片用量為3個刀尖，每個刀尖的加工時間基本一樣（16min-18min），刀片使用程度估計在刀具壽命的70%-80%。
按照試驗數(shù)據(jù)共計24組參數(shù)所使用的切削速度和進給，可計算出不同參數(shù)下的切削時間。換刀次數(shù)的最終確定，是在刀具切削時間達到刀具壽命90%左右的情況下所需的換刀次數(shù)（因為刀具存在不確定性，所以不能用到刀具壽命的極限）。有了切削時間和換刀次數(shù)，結(jié)合成本計算公式，可得不同切削參數(shù)下對應(yīng)的機加總成本，如表2所示。（注：計算成本時的相關(guān)數(shù)據(jù)有：432刀片成本40元/片；車間的所用車床成本是3元/分鐘；單次換刀時間是1.5分鐘）
從表中數(shù)據(jù)可以看出，有兩組參數(shù)可使總成本控制到90元以內(nèi)，相比最初的成本133.4
切削線
速度
（m/min） 進
給
(mm/r) 切削
時間
(min) 換刀次數(shù) 總
成本
(元) 切削線
速度
（m/min） 進
給
(mm/r) 切削
時間
（min） 換刀次數(shù) 總
成本
(元)
30 0.15 50.7 3 195.6 33 0.15 46.2 3 182.1
30 0.20 38.2 2 143.6 33 0.20 34.8 2 133.4
30 0.25 30.8 2 121.4 33 0.25 28.0 2 113
30 0.30 25.8 2 106.4 33 0.30 23.5 2 99.5
36 0.15 42.4 3 170.7 39 0.15 39.2 3 161.1
36 0.20 32.0 2 125 39 0.20 29.6 2 117.8
36 0.25 25.8 2 106.4 39 0.25 23.9 2 100.7
36 0.30 21.6 2 93.8 39 0.30 20.0 2 89
42 0.15 36.5 3 153 45 0.15 34.1 4 160.3
42 0.20 27.6 3 126.3 45 0.20 25.8 3 120.9
42 0.25 22.2 2 95.6 45 0.25 20.8 3 105.9
42 0.30 18.7 2 85.1 45 0.30 17.5 3 96
表2不同參數(shù)下的機加總成本
元，節(jié)省了40元左右。根據(jù)測試實驗以及加工后零件的平面度、圓度情況來看，兩組參數(shù)均可以滿足工藝要求，但39m/min的切削線速度和0.30mm/r的進給條件下加工出來的零件自由狀態(tài)更好，因此最終選取此組參數(shù)作為成本優(yōu)化后的參數(shù)。從優(yōu)化后的結(jié)果可以看出，該工序外徑粗加工參數(shù)的選擇有些保守，沒有完全發(fā)揮432刀片的切削能力，導(dǎo)致成本較高。對于參數(shù)優(yōu)化還有幾點需要補充說明一下：1）試驗中切削線速度和進給的劃分梯度太大，優(yōu)化結(jié)果只是一個較優(yōu)解而非最優(yōu)解；2）以上數(shù)據(jù)均是試驗情況下獲得，與實際的批量生產(chǎn)之間有一定差距，參數(shù)優(yōu)化時必須留有余地；3)成本優(yōu)化必須建立在零件良好質(zhì)量的前提下，尤其是對于精加工工序。
5 展望
對于工廠而言，在條件允許的前提下，如果能通過收集現(xiàn)有的加工參數(shù)數(shù)據(jù)，再輔以一定的切削試驗，來測試出常用刀具的切削壽命，建立起一套較為完整的數(shù)據(jù)庫，那么這將為成本節(jié)省提供更多的數(shù)據(jù)支持，也為以后新品開發(fā)階段的參數(shù)選擇提供依據(jù)，從而在源頭上就可以適當引入成本優(yōu)化，最終實現(xiàn)工廠效益最大化。
完全通過切削試驗來得到刀具壽命當然是不理想的，如果能在綜合應(yīng)用文獻著作、專家意見、試驗數(shù)據(jù)、有據(jù)預(yù)測以及制造商推薦等資源的基礎(chǔ)建立一個大概率的刀具壽命模型，就可以使刀具壽命的不確定性具體化，最終得到一個自適應(yīng)的機加工成本優(yōu)化模型：在最大期望成本節(jié)省的基礎(chǔ)上，同時考慮刀具壽命的不確定性以及機加工時和刀具壽命間的平衡因素，來計算最優(yōu)切削參數(shù)的迭代優(yōu)化法。
參考文獻
[1] 譚川，殷寶亮. 機加工工藝成本控制與優(yōu)化途徑探討[J]. 內(nèi)燃機與配件，2020，3（16）：45-46.
[2] 陳伯仲. 提高機加工效率的方法分析[J]. 制造·材料：機械制造，2020，58（5）：56-60.
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