基于正交試驗的鋁合金數(shù)控銑削參數(shù)優(yōu)化

陳宏燃 李鑫洋 王小康

（沈陽航空航天大學(xué)航空航宇學(xué)院 遼寧沈陽 110136）

一、引言

制定數(shù)控加工工藝的一個重要步驟就是切削參數(shù)的選擇，切削參數(shù)的影響因素眾多，其中包括工藝系統(tǒng)設(shè)計、加工類型的確定、工件材料和加工要求的不同、刀具材料和刀具參數(shù)的不同、切削液的選用等，而且上述各個影響因素之間又互相影響和制約，所以準(zhǔn)確選擇最佳的參數(shù)組合并不容易[1]。切削參數(shù)的優(yōu)化選擇問題已經(jīng)成為高速切削加工中極為重要的技術(shù)問題和經(jīng)濟(jì)問題，建立科學(xué)合理的工藝參數(shù)優(yōu)化方法，進(jìn)而選擇合適的加工參數(shù)是提高數(shù)控加效率的有效途徑。

二、鋁合金正交試驗

（一）材料與設(shè)備

本文選擇粗加工長×寬×高為的鋁合金試塊為實(shí)驗試件，選擇西門子系統(tǒng)數(shù)控銑床進(jìn)行加工操作，通過運(yùn)用手持式表面粗糙度儀檢測所得孔內(nèi)壁的表面粗糙度。本文在鋁合金試件上螺旋銑削采用平頭立銑刀加工尺寸為的螺旋孔，每個試壓塊上銑削三個螺旋孔。

（二）正交實(shí)驗方案設(shè)計

數(shù)控銑削是指利用銑刀對材料進(jìn)行逐層次、依次切削，主軸轉(zhuǎn)速S、進(jìn)給速度f、進(jìn)給量h，為其主要參數(shù)[2]。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)生活中最常用的加工參數(shù)，選擇主軸轉(zhuǎn)速S、進(jìn)給速度f、層厚h，為正交實(shí)驗因素，根據(jù)每個因素取值范圍，各因素取三個水平，設(shè)計三因素三水平正交實(shí)驗表L9（33）如表1所示。

表1 實(shí)驗因素與水平

根據(jù)正交實(shí)驗所得具體9組參數(shù)設(shè)計如表2。

表2 實(shí)驗數(shù)據(jù)

（三）加工程序設(shè)計

①螺旋銑削及其優(yōu)點(diǎn)。螺旋銑削是一種成熟的制孔加工工藝，與傳統(tǒng)層削相比，它具有多種優(yōu)勢[3]。在螺旋銑削過程中，刀具在繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)的同時沿螺旋路徑銑削。由于其靈活的運(yùn)動特性，可以實(shí)現(xiàn)低切削力，降低刀具磨損和改進(jìn)鉆孔質(zhì)量。

②數(shù)控加工程序。以增量方式把銑一圈的過程編寫為子程序，然后進(jìn)行若干次調(diào)用，實(shí)現(xiàn)整個孔的加工，此程序以深6mm，進(jìn)給量為-0.5mm的孔為例，主軸轉(zhuǎn)速為600r/min和進(jìn)給速度為100mm/min為參數(shù)編寫程序，所以子程序需要調(diào)用12次。

（四）粗糙度檢測

零件表面粗糙度是恒量零件好壞程度的一個重要指標(biāo)，采用TR201手持式表面粗糙度儀檢測所得孔內(nèi)壁的表面粗糙度，螺旋銑孔實(shí)驗內(nèi)壁粗糙度如表3所示，其中Ra值為三組數(shù)據(jù)平均值：

表3 鋁合金銑孔正交實(shí)驗結(jié)果

三、結(jié)果分析

對實(shí)驗結(jié)果處理分析通常有兩種，一是直觀分析法，又叫極差分析法；另一種方法是方差分析。極差分析能夠得到各列因素的水平實(shí)驗指標(biāo)的影響程度及變化趨勢和獲取最好的實(shí)驗指標(biāo)的最佳條件。方差分析法則可以分析各因素之間交互作用的影響，得到影響加工質(zhì)量的最主要因素。本文采用極差分析和方差分析對工藝參數(shù)組合進(jìn)行優(yōu)化，先采用極差分析法確定最佳表面粗糙度對應(yīng)的各參數(shù)水平，然后用方差分析法確定各個實(shí)驗參數(shù)對實(shí)驗結(jié)果影響的顯著性。

四、結(jié)論

通過鋁合金螺旋銑削制孔加工正交實(shí)驗方案設(shè)計，總和考慮各種因素，在選定主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、進(jìn)給量等3個工藝參數(shù)為實(shí)驗因素的條件下，鋁合金螺旋銑削制孔加工最優(yōu)工藝參數(shù)序列為：主軸轉(zhuǎn)速為2400r/min、進(jìn)給速度為500mm/min、層厚為1mm；而進(jìn)給速度和進(jìn)給量為制孔內(nèi)壁質(zhì)量的主要影響因素，而主軸轉(zhuǎn)速對孔內(nèi)壁質(zhì)量影響較小。本文僅對數(shù)控銑床螺旋制孔參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行簡單論述，而實(shí)際生產(chǎn)生活中，需要考慮的外在因素往往還有很多，實(shí)際最優(yōu)組合并不一定在所選數(shù)據(jù)中，但可通過這種辦法進(jìn)行合理實(shí)驗，選擇適合的加工參數(shù)，進(jìn)而得到高效經(jīng)濟(jì)的加工方法。