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數(shù)控加工中切削參數(shù)對加工表面質(zhì)量影響的析因?qū)嶒炘O(shè)計
資源天下 2013/12/28 12:47:48
摘 要：析因設(shè)計是一種多因素多水平交叉分組進行全面試驗的設(shè)計方法,它可以研究兩個或兩個以上因素的主效應(yīng)以及各因素間的交互作用，而且通過比較各種組合，可以找出最佳組合。它是一種全面的高效率的統(tǒng)計設(shè)計,因此也稱為析因試驗設(shè)計。實驗通過用析因表安排數(shù)控加工中的切削參數(shù)進行實驗，確定切削速度、進給量、切削深度對加工表面質(zhì)量（表面粗糙度）的影響。在切削參數(shù)中，有切削速度、進給量、切削深度對加工表面質(zhì)量有影響，加工速度和進給量分別取3個水平吃刀量取2個水平做實驗，可以得到18組實驗數(shù)據(jù)。然后將實驗數(shù)據(jù)代入雙向表通過方差分析得到3個影響表面粗糙度的因素中，進給量的影響最大，切削速度次之，切削深度的影響最小。
關(guān)鍵詞：析因?qū)嶒�；主效�?yīng)；交互作應(yīng)；表面粗糙度
一、引言
理工科各領(lǐng)域科技工作者的一項共同的工作就是做實驗，實驗設(shè)計就是講述如何科學有效地安排實驗并分析實驗數(shù)據(jù)的學科。一個好的實驗設(shè)計可以用少量的實驗次數(shù)獲得有效的實驗信息。
二戰(zhàn)后，日本工業(yè)高速發(fā)展的奧妙之一就是實驗設(shè)計。近年來，在美國對實驗設(shè)計的興趣又重新流行起來，因為很多工業(yè)界發(fā)現(xiàn)，他們的海外競爭者已經(jīng)應(yīng)用實驗設(shè)計很多年，并且這是他們競爭成功的一個重要因素。所有工程師接受實驗設(shè)計的正規(guī)訓練作為他們大學教育的一部分的日子已經(jīng)為期不遠。實驗設(shè)計在工程專業(yè)上的成功積累是美國工業(yè)基礎(chǔ)未來競爭的關(guān)鍵因素。
實驗設(shè)計課程是統(tǒng)計學與工程技術(shù)結(jié)合的學科，包括兩部分內(nèi)容，第一是對實驗進行科學有效的設(shè)計，第二是對實驗數(shù)據(jù)進行正確的統(tǒng)計分析，兩者相比前者更為重要。首先科學有效的設(shè)計是進行正確統(tǒng)計的前提，面對一大堆無效的實驗數(shù)據(jù)，最高明的統(tǒng)計科學家也會束手無策。反之，用科學的實驗設(shè)計方法得到的實驗數(shù)據(jù)，往往只需要簡單的統(tǒng)計分析方法就可以獲得有效的信息。百分之九十以上的實驗設(shè)計問題的統(tǒng)計分析都可以使用常規(guī)的統(tǒng)計分析方法解決。即使實驗人員沒有掌握全部的統(tǒng)計分析方法，但是只要實驗設(shè)計是科學的，實驗設(shè)計是科學的，實驗數(shù)據(jù)是有效的，還可以與他人合作共同分析實驗數(shù)據(jù)。從20世紀20年代，英國學者費希爾就在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域使用試驗設(shè)計的方法以來，實驗設(shè)計就得到了廣泛的發(fā)展與完善，統(tǒng)計學家與各領(lǐng)域的科學工作者共同發(fā)現(xiàn)了很多非常有效的實驗設(shè)計，實驗設(shè)計在眾多的領(lǐng)域發(fā)揮了不可替代的作用。一個科學而完善的實驗設(shè)計能夠合理地安排各種實驗因素嚴格地控制實驗誤差，并且能夠有效地分析試驗數(shù)據(jù)，從而減少人力、物力、和時間，最大限度地獲得豐富而可靠的資料。反之，如果實驗設(shè)計存在缺點，就必然造成不應(yīng)有的浪費，減損研究結(jié)果的價值。
費希爾在農(nóng)業(yè)實驗中運用均蘅排列的拉丁方，解決了長期未解決的實驗條件不均衡的問題，提出了方差分析的方法，創(chuàng)立了實驗設(shè)計。隨后，試驗設(shè)計方法大量應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和生物科學，從20世紀30年代起，英國的紡織業(yè)中也應(yīng)用了實驗設(shè)計。第二次世界大戰(zhàn)中，美國的軍工企業(yè)也開始使用實驗設(shè)計方法。二戰(zhàn)以后美國和西歐的化工、電子、機械制造等眾多行業(yè)都紛紛使用實驗設(shè)計，實驗設(shè)計已經(jīng)成為理工各領(lǐng)域的通用技術(shù)。根據(jù)實驗設(shè)計的內(nèi)容的不同，可分為專業(yè)設(shè)計和統(tǒng)計設(shè)實驗的統(tǒng)計設(shè)計使得試驗數(shù)據(jù)具有良好的統(tǒng)計性質(zhì)，由此可對實驗數(shù)據(jù)作所需要的統(tǒng)計分析。實驗設(shè)計和實驗結(jié)果的統(tǒng)計分析密切相關(guān)，只有按照科學的統(tǒng)計設(shè)計方法得到的實驗數(shù)據(jù)才能進行科學的統(tǒng)計分析，得到客觀有效的分析結(jié)論
實驗設(shè)計的三個基本原理是重復，隨機化，以及區(qū)組化。所謂重復是
基本實驗的重復進行。重復有兩條重要的性質(zhì)。第一，允許實驗者得到實驗誤差的一個估計量。這個誤差的估計量成為確定數(shù)據(jù)的觀察差是否是統(tǒng)計上的實際差的基本度量單位。第二，如果樣本均值作為實驗中一個因素的效應(yīng)的估計量，則重復允許實驗者求得這一效應(yīng)的更為精確的估計量。隨機化是實驗設(shè)計使用統(tǒng)計方法的基石。所謂隨機化就是實驗材料的分配和實驗的各個試驗進行的次序都是隨機地確定。區(qū)組化是用來提高實驗的精確度的一種方法,一個區(qū)組就是實驗的一部分。
數(shù)控加工技術(shù)的產(chǎn)生是市場經(jīng)濟全球化和各種先進技術(shù)發(fā)展的綜合結(jié)果。由于數(shù)控加工能夠獲得很高的加工效率.加工精度和表面質(zhì)量，所以受到制造業(yè)的普遍重視。其應(yīng)用已遍及汽車、空航天、具和精密機械行業(yè)。其中零件的表面粗糙度是衡量零件加工質(zhì)量的一個重要指標，數(shù)控加工中切削參數(shù)的選擇是決定加工零件精度和表面質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此必須對加工參數(shù)的選擇進行優(yōu)化。
析因設(shè)計是指在實驗的每一次完全試驗或每次重復中，試驗所有可能的水平組合都被研究到。當因素A有a個水平因素B有b個水平時，則每次重復都包含全體ab個處理組合。當這些因素被安排在析因設(shè)計中時，常稱之為交叉。一個因素的效應(yīng)定義為當這一因素的水（未完，下一頁）
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