關(guān)于切削參數(shù)的正交試驗法優(yōu)化案例

1、課 程 名 稱：試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理題 目 名 稱：關(guān)于切削參數(shù)的正交試驗法優(yōu)化案例專 業(yè)：機(jī)械工程學(xué) 生 姓 名：班 級：學(xué) 號：關(guān)于切削參數(shù)的正交試驗法優(yōu)化案例隨著科技的不斷發(fā)展生產(chǎn)生活中對加工件的精度要求越來越高特別是軍事領(lǐng)域中。要提高加工件的精度使其達(dá)到應(yīng)用要求就要選擇合適的機(jī)床和刀具材料使用合適的工藝、正確的刀具幾何形狀和切削參數(shù)。但是在機(jī)械切削加工過程中影響加工質(zhì)量的因素很多而且因素之間也是相互影響、相互制約的。特別是切削三要素其對零件表面質(zhì)量、加工效率的影響很大。由于正交試驗法操作簡單即對試驗進(jìn)行審計安排使得試驗次數(shù)盡量少而且可以通過對試驗結(jié)果的分析得到優(yōu)化的參數(shù)。因此作者采用用正

2、交試驗法對切削三要素進(jìn)行分析。1 正交試驗法正交試驗法是一種使用數(shù)學(xué)統(tǒng)計原理進(jìn)行最優(yōu)選擇的方法。正交試驗設(shè)計是根據(jù)正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進(jìn)行試驗，這些有代表性的點具備了“均勻分散齊整可比”的特點。正交試驗設(shè)計是分析因式設(shè)計的主要方法，是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的實驗設(shè)計方法。正交試驗設(shè)計又叫正交設(shè)計、正交試驗法 簡稱正交法。它利用正交表作為工具，多組試驗可同時進(jìn)行，故有利于縮短試驗周期，直接比較各個因素及考察各因素間交互作用對指標(biāo)的影響，是一種科學(xué)的優(yōu)選法。正交法有3條基本原則 即正交分解、綜合可比、均衡搭配。這是正交法的統(tǒng)計分析、直觀分析和試驗?zāi)Ｐ偷睦碚摶A(chǔ)。在多因素優(yōu)化試驗

3、時利用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)與正交性原理從大量的試驗點中挑選有代表性和典型性的點應(yīng)用 “正交表 ”科學(xué)合理地安排試驗從而用盡量少的試驗次數(shù)得到最優(yōu)的試驗結(jié)果。正交表也叫做正交陣列是試驗設(shè)計的基本工具其是根據(jù)均衡分布的思想運(yùn)用組合數(shù)學(xué)理論構(gòu)造的一類數(shù)學(xué)表格表示方法為 ,其中L表示正交表 a表示試驗次數(shù)也就是表的行數(shù) b表示因素的水平數(shù) c表示因素的個數(shù)。如是一張最簡單的正交表。使用正交試驗首先需要根據(jù)試驗要求確定試驗指標(biāo);其次根據(jù)試驗指標(biāo)的特征性質(zhì)從已知量中確定影響因素;然后確定試驗因素的典型值的個數(shù)即因素水平。至此需要確定一個合適正交表根據(jù)正交表的組合關(guān)系將各個因素及其水平填寫進(jìn)正交表中就可以得到一個正交

4、試驗安排。2 工藝設(shè)計在此作者主要針對某殼體零件的加工進(jìn)行研究，所用材料為LY12,彈性模量為70 GPa ,泊松比為013,密度約為217 g / 。根據(jù)基準(zhǔn)選擇原則選取工件外側(cè)面為定位基準(zhǔn)?？紤]到加工零件為薄壁箱體類型加工中容易發(fā)生塑形變形而影響加工精度使用有限元分析軟件進(jìn)行了工件裝夾變形分析得到適合該工件的裝夾方案如圖1和圖2所示。根據(jù)得到的裝夾方案、工件性質(zhì)以及材料屬性選擇螺旋夾緊結(jié)構(gòu)夾緊工件。具體的裝夾設(shè)計如圖3所示。3 切削三要素正交試驗設(shè)計現(xiàn)在要得到影響零件表面質(zhì)量的切削三要素即進(jìn)給量、背吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速的最優(yōu)組合。這就確定了試驗的因素為3個即進(jìn)給量、背吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速指標(biāo)為加工

5、零件表面粗糙度。工裝夾具根據(jù)試驗水平一般以24為合適以盡量減少試驗次數(shù)的選擇原則選擇試驗因素水平為3。根據(jù)實際的加工工藝可以在切削三要素經(jīng)驗值范圍內(nèi)選擇三因素的水平如表1所示。圖1 ANSYS分析裝夾方案圖2 裝夾變形分析結(jié)果進(jìn)給量（A）背吃刀量（B）主軸轉(zhuǎn)速（C）水平一（1）80023000水平二（2）100014000水平三（3）15000.55000表1 因素水平表圖3試驗數(shù)因素進(jìn)給量背吃刀量主軸轉(zhuǎn)速誤差粗糙度（y-5）(y-5)218002300016.31.31.6928001400024.2-0.80.6438000.5500033.3-1.72.89410002400036.41

6、.41.96510001500015.60.60.36610000.5300024.8-0.20.04710002500026.71.72.89810001300035.80.80.64910000.5400014.9-0.10.01311.15表2 正交試驗分析對試驗所得的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析計算:(1)計算出每個因素不同水平的水平均值、以及對應(yīng)的平方值、。(2)計算出各個因素的極差此處使用公式(3)計算總偏差平方S和及列偏差平方和,計算方法如下:令 則S = W P 通過計算得到的方差處理結(jié)果如表3所示。ABCD-1.24.41.91.81.80.60.50.72.4-20.60.51.22.

7、130.470.431.4419.363.613.243.240.360.250.495.7640.360.253.487.911.411.332.486.910.410.33表3 方差分析法處理數(shù)據(jù)4 試驗結(jié)果分析從極差角度看為2.13 > 1.2 > 0.47,即因素的主次關(guān)系為背吃刀量>進(jìn)給量>主軸轉(zhuǎn)速。從方差分析出發(fā)列偏差平方和計算結(jié)果如表3所示。總偏差平方和的自由度:f = a - 1第j列的偏差平方和的自由度:= b - 1在計算出的偏差平方和中空列屬于誤差列而主軸轉(zhuǎn)速列的偏差平方和很小所以也列在誤差列中。進(jìn)行方差分析必須進(jìn)行顯著性試檢驗以確定影響系數(shù)分析結(jié)

8、果如表4所示。方差來源偏差平方和自由度均方和顯著性水平進(jìn)給量=2.4821.246.70.1背吃刀量=6.9123.45518.780.01誤差=0.742+20.185總和10.158 表4 方差分析表5 結(jié)論通過該正交試驗分析確定適合零件表面質(zhì)量的切削三要素即進(jìn)給量、背吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速的最優(yōu)組合得出如下結(jié)論:(1)背吃刀量的顯著性系數(shù)是0.01,對表面粗糙度影響最顯著其次是進(jìn)給量其顯著性系數(shù)為0.1,主軸轉(zhuǎn)速的影響相對于背吃刀量和進(jìn)給量就差很多屬于不顯著因素。(2)指標(biāo)為表面粗糙度其值越小越好。單考慮進(jìn)給量時進(jìn)給量越小表面粗糙度越小;單考慮背吃刀量時背吃刀量越小粗糙度越小質(zhì)量越好;單考慮主軸轉(zhuǎn)速時其變化對表面粗糙度的影響不大。(3)通過試驗得到最優(yōu)的組合是。在實際生產(chǎn)中在保證加工質(zhì)量的前提下為了提高效率可參考上述結(jié)論同時應(yīng)結(jié)合加工的實際條件選擇具體的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和背吃刀量。6 參考文獻(xiàn):【1】任露泉.試驗優(yōu)化設(shè)計與分析M .長春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社 2001.【2】楊子青.正交表的構(gòu)造M .濟(jì)南:山東人民出版社1975.【3】于駿一鄒青.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2014.【4】李兵何正嘉陳雪峰. ANSYS Workbench設(shè)計、仿真與優(yōu)化