在车工实习教学生产过程中,学生由课题训练转入生产加工这一阶段后,由于实践经验不足,在实习生产过程中严重地影响了生产质量和效率。为了达到既保证质量,又提高效率的目的,学生需要在加工过程中,根据现有的机床、刀具、工艺操作等条件,对有关切削用量、刀具几何角度,在实习老师的指导下,经过多次车削实验来选择最佳值。优选法就是利用数学原理合理安排实验点,减小实验的盲目性,以求又准又快地找到这些最佳值的一种实验方法,下面介绍几种在机械加工中常用的优选法。
一、0.618法
用一张有刻度的纸条表示20°―75°,在纸条的54°处划一条线,54°这一点实际上是这张纸条的0.618值,用算式表示:20°+(75°-20°)×0.618=54°。取54°做一次实验,然后把纸条对折,在左边54°对折的地方再划一条线,这条线落在41°处,用算式表示20°+(75°-54°)=41°,在41°处做第二次实验。如下图:
两次实验比较,假如41°好些,则去掉54°右边一段,在20°至54°做下次试验点33°;如果54°的实验效果好,则去掉41°左边的一段,在41°至75°,做下次试验点62°。经过多次实验分析,再试验,可找到更加接近合理的条度,通过上面的实验,可得公式:
1.左端点+(右端点-左端点)×0.618=试验点
2.左端点+右端点-试验点=新试验点
需要注意第一公式,用一次后,第二个公式反复用,在使用0.618法时操作者应根据实际情况,分析加工中出现的问题后,找出优选项目后,再选择优选范围。例如:
(1)加工条件:在CA6140车床上,使用90°、P10车刀,主轴转速320转/min,进给量f=0.46mm,背吃刀深度ap=5mm,车刀前角r0=20°,粗车材料为GCRI5,尺寸为Φ80×120的工件。
(2)存在问题:加工过程中易发生打刀现象。
(3)原因分析:主要原因刀尖强度不够,如采用负值刃倾角可增强刀尖强度。
(4)优选方案:采用0.618法优选刀刃倾角、优选范围0°至-30°。如下图:
二、对分法:
例如,在CA6140车床上加工工件,原来的背吃刀量ap=2mm,在其它条件(刀具、工件、主轴转速、进给量等)固定不变的情况下,可否在机床负荷及刀具强度允许的范围内适当加大被吃刀量,在保证质量的前提下,提高生产效率。首先根据经验定出吃刀深度的上限,例如8mm(在2与8优选范围)的中点5mm处做实验。如图:
如果质量合格,则可以去掉上图中与5左边的一半,(不合格则去掉右边的一半)然后在5和8的中点6.5mm处做试验,质量不合格,去掉6.5mm右边的一半,在5和6.5mm的中心5.75 mm做试验,这样每次都在中点处做试验,很快便能找出保证产品质量的最大背吃刀量,对分法每个试验点的计算公式:(左端点+右端点)÷2。
120×350mm的轴类:背吃刀量ap=5mm,进给量f=0.5mm。
存在问题:发现机床在车削时声音异常,偶有闷车现象。
原因分析:认为刀具前角过小是主要矛盾,如加大前角可减小切削刀,使切削到轻快。
优选方案:采用对分法优选前角,优选范围0°―25°(原前角r0=5°)。
优选结果:在第一点r=15°,切削比以前轻快,但仍不理想;第二点前角r0=20°,切削比较轻快,切削时的声音由沉重变为轻快,切削力减小了,节省了机床功率的消耗,不但排除了“闷刀”的现象,而且为优选背吃刀量和进给量都创造了条件。
如果知道被优选因素应该变化的方向,采用对分法比用0.618法好,如砂轮平衡,在机械加工方面,在保证质量的前提条件下为了提高生产效率,一般是向加大的方向优选某个切削用量;为了增加刀尖强度而优选主偏角必定向减小主偏角的方向做试验,所以在很多情况下都可以采用对分法,更简便快捷。
三、多因素法
在机械加工方面,影响生产效率和质量的因素很多,例如:切削用量、刀具的几何角度、刀具材料、工件的材质和几何形状、机床的性能,等等。当机床设备、刀具材料和工件固定后,影响加工的因素主要有两大类:一类是切削用量,如切削速度、进给量、背吃刀量等;一类是几何参数,也就是刀具的各种几何角度。在进行优选实验时,我们应在许多因素中具体地分析,分析出哪几个是主要的问题,然后定出优选范围对这些因素进行优选。例如:我们要优选主轴转速n和进给量f两个因素。可以先把进给量固定,用单因素的方法优选主轴转速n,选出点n1,然后把主轴转速固定在n1处,按单因素法优选进给量f,得到点f,又固定进给量在f1处,优选主轴转速。三个因素以上的情况,也是同样的道理,先把其他因素固定,优选其中一个因素。这样就可以把多因素的问题化为单因素的问题去处理。
一般来说,精加工以保证工件的线性尺寸,表面粗糙度和形位公差为主。在优选时主要考虑主轴转速、车刀的几何角度。而粗加工主要是车掉毛胚多余的余量。优选时主要考虑进给量和背吃刀量,进给量与背吃刀量比较,在加工余量较小时,以优选进给量为主,在加工余量较大是,以优选被吃刀量为主。因此对切削用量的优选,可促进对刀具几何角度的优选。刀具几何角度参数优选后,又为进一步优选切削用量创造了条件。这样经过反复的优选,不断解决新出现的矛盾,就能不断打破原生态生产的相对平衡状态,充分发挥机床的生产潜力,提高产品质量和生产效果。
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