運(yùn)用正交試驗(yàn)方法研究切削條件對表面粗糙度的影響

摘 要：切削加工的工藝參數(shù)設(shè)定對工件加工質(zhì)量的影響極大，在實(shí)際應(yīng)用中，粗糙度控制對操作者經(jīng)驗(yàn)的依賴還在普遍存在。如果想要找出最優(yōu)工藝參數(shù)組合，必須通過大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。本文使用正交實(shí)驗(yàn)方法，給出了如何快速有效的找到最優(yōu)工藝參數(shù)組合的方法，以加工表面粗糙度為優(yōu)化目標(biāo)，討論3個切削參數(shù)對表面粗糙度的影響，提出優(yōu)化方案，試驗(yàn)證明本文方法可以迅速有效的找到最優(yōu)參數(shù)組合，為指導(dǎo)生產(chǎn)現(xiàn)場操作提供了簡便高效的方法。

關(guān)鍵詞：切削條件；表面粗糙度；最優(yōu)組合；正交試驗(yàn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.252

1 引言

切削加工的工藝參數(shù)（包括切削速度、進(jìn)給量、冷卻液、背吃刀量等）設(shè)定對工件加工質(zhì)量有極大的影響。雖然相關(guān)的研究成果眾多，各種切削理論、計(jì)算公式都很好地為研究切削條件對粗糙度影響提供了定性分析的方法[1]。這里，為了方便問題的分析，根據(jù)金屬切削的相關(guān)知識，以3個切削參數(shù)（切削速度、進(jìn)給量、冷卻液）作為研究對象，研究它們對切削工件表面粗糙度的影響，提出優(yōu)化方案，試驗(yàn)證明本文方法可以迅速有效的找到最優(yōu)參數(shù)組合，為指導(dǎo)生產(chǎn)現(xiàn)場操作提供了簡便高效的方法。

2 正交試驗(yàn)方法簡介

（1）正交試驗(yàn)的概念[2，3]。生產(chǎn)中常需選擇最佳的配方、優(yōu)化加工條件等場合，這便需要做試驗(yàn)。如何安排試驗(yàn)是個大問題。好的試驗(yàn)方法是：做少量試驗(yàn)就能得到正確的結(jié)論和較好的效果。下面就來簡單介紹一種優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[2]。

現(xiàn)通過以下例子來說明。

為提高某化工產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選擇了三個有關(guān)因素進(jìn)行試驗(yàn)，如下表1。

這里面有三個因素，每個因素又有三種狀態(tài)，這在正交試驗(yàn)方法叫做三因素三水平試驗(yàn)，如果按照我們平時的做法—全面試驗(yàn)法的要做33=27次試驗(yàn)，才能得出結(jié)果，如圖1（交點(diǎn)），如用正交試驗(yàn)法，它只需要做9次，如圖2，由此可知，使用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)可大大減少試驗(yàn)次數(shù)。

（2）正交表簡介[3]。凡是滿足正交條件的因素、水平搭配表格稱為正交表。表里主要涉及一些參數(shù)，下面逐個解釋：試驗(yàn)指標(biāo)是表征試驗(yàn)研究對象的指標(biāo)，如表1中的實(shí)驗(yàn)效果為產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率；因素是對試驗(yàn)指標(biāo)可能產(chǎn)生影響原因，如表1的三因素分別是反應(yīng)溫度（A）、反應(yīng)時間（B）、用堿量（C）；水平試在試驗(yàn)中所選取的具體狀態(tài)，可用1、2、3表示，如A因子的1、2、3分別代表著80℃、85℃、90℃；LA（PQ）是常用正交表的表示符形式，式中各符號分別為L代表“正交表”、A代表正交表的橫行數(shù)，即實(shí)驗(yàn)的次數(shù)、P代表因素所取得水平數(shù)、Q代表表上的縱列數(shù)，即表示允許采用的因素?cái)?shù)。例如本試驗(yàn)采用的三因素三水平試驗(yàn)，為試驗(yàn)的對照用，增加一對照列，就變成四因素三水平試驗(yàn)，表示為L9（34），根據(jù)表1和規(guī)定，我們可以列出下表2（正交表）。

3 結(jié)論

本文通過運(yùn)用正交試驗(yàn)的方法，能夠得出在C6140車床上，使用高速鋼刀具加工45鋼材料的最優(yōu)參數(shù)組合，這套切削條件組合較好地控制表面粗糙度。通過實(shí)際的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)此種組合條件所切削出來的工件表面粗糙度是最小的，進(jìn)一步驗(yàn)證了用正交試驗(yàn)的方法來分析多因素多水平的問題是可行的。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：符廣聞 （1983-），男，海南樂東人，本科，講師，主要從事：機(jī)械設(shè)計(jì)、職業(yè)教育研究。