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基于正交試驗(yàn)的切削參數(shù)優(yōu)化探討
蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 楊俊毅 2020/11/29 9:53:09
摘要：合理設(shè)定切削參數(shù)可以進(jìn)一步提升零件加工質(zhì)量，滿足零件實(shí)際使用與質(zhì)量要求，促進(jìn)相應(yīng)機(jī)械零部件加工企業(yè)的良性發(fā)展。當(dāng)前在零件切削參數(shù)優(yōu)化方面可以使用的方式有很多種，正交試驗(yàn)屬于一種應(yīng)用相對較為常見的手段之一。本文主要分析切削參數(shù)優(yōu)化過程中正交試驗(yàn)的應(yīng)用，希望可以起到一定借鑒意義。
關(guān)鍵詞：正交試驗(yàn)；切削；參數(shù)；優(yōu)化
隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控加工工藝逐漸復(fù)雜化，工藝相關(guān)參數(shù)也越來越多，在零件加工過程中需要考量的因素越來越多，為了確保零件加工質(zhì)量就不得不對各種因素進(jìn)行綜合考量。切削加工屬于零件加工重要環(huán)節(jié)，對各種切削參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計無疑可以提升零件加工質(zhì)量。
1.選擇加工工藝
試驗(yàn)材料選擇為LY12，0.3泊松比，70GPa彈性模量為，2.7g／cm3密度，技術(shù)人員考慮到加工零件的類型主要為薄壁箱體，在加工中較容易出現(xiàn)形變等問題，對零件的加工精度造成影響，因此在零件加工之前采用專業(yè)的限元分析軟件分析了多種不同零件加工裝夾方案，最終在零件加工中選擇軟件分析最為合適的裝夾方案[1]。根據(jù)最終選擇的零件裝夾方案在零件加工過程中，零件夾緊工件主要為螺旋夾緊結(jié)構(gòu)。結(jié)合零件加工主要過程，在切削過程中主要對零件加工產(chǎn)生影響較大的要素背吃刀量、進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行分析。以下正交試驗(yàn)也主要研究這三個主要切削影響因素對零件加工質(zhì)量的影響，以從中選擇出該零件加工的最優(yōu)化背吃刀量、進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速搭配，促進(jìn)該零件加工質(zhì)量有效提升[2]。
2.正交試驗(yàn)設(shè)計與結(jié)果
2.1正交試驗(yàn)設(shè)計
本設(shè)計的正交試驗(yàn)主要研究要素為背吃刀量、進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速切削三要素對零件質(zhì)量影響，因此在試驗(yàn)中設(shè)計影響因素為背吃刀量、進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速3個，在零件質(zhì)量測評上主要以零件表面粗糙程度為判斷標(biāo)準(zhǔn)。同時根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計相關(guān)原則，為了使得整個試驗(yàn)操作性比較強(qiáng)，主要考量三個不同切削水平情況下對零件表面粗糙程度的影響[3]。試驗(yàn)中結(jié)合實(shí)際零件加工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計的三個切削水平如下：切削水平1：B背吃刀量為2mm，A進(jìn)給量為800mm/min，C主軸轉(zhuǎn)速3000r/min；切削水平2：B背吃刀量為1mm，A進(jìn)給量為1000mm/min，C主軸轉(zhuǎn)速4000r/min；切削水平3：B背吃刀量為0.5mm，A進(jìn)給量為1500mm/min，C主軸轉(zhuǎn)速5000r/min。
2.2正交試驗(yàn)結(jié)果
針對該零件加工進(jìn)行上述正交試驗(yàn)工試驗(yàn)9次，具體試驗(yàn)結(jié)果如下：
（1）B背吃刀量為2mm，A進(jìn)給量為800mm/min，C主軸轉(zhuǎn)速3000r/min，粗糙度為6.30μm，誤差為1；
（2）B背吃刀量為1mm，A進(jìn)給量為800mm/min，C主軸轉(zhuǎn)速4000r/min，粗糙度為4.20μm，誤差為2；
（3）B背吃刀量為0.5mm，A進(jìn)給量為800mm/min，C主軸轉(zhuǎn)速5000r/min，粗糙度為3.30μm，誤差為3；
（4）B背吃刀量為2mm，A進(jìn)給量為1000mm/min，C主軸轉(zhuǎn)速4000r/min，粗糙度為6.40μm，誤差為3；
（5）B背吃刀量為1mm，A進(jìn)給量為1000mm/min，C主軸轉(zhuǎn)速5000r/min，粗糙度為5.60μm，誤差為1；
（6）B背吃刀量為0.5mm，A進(jìn)給量為1000mm/min，C主軸轉(zhuǎn)速3000r/min，粗糙度為4.80μm，誤差為2；
（7）B背吃刀量為2mm，A進(jìn)給量為1500mm/min，C主軸轉(zhuǎn)速5000r/min，粗糙度為6.70μm，誤差為2；
（8）B背吃刀量為1mm，A進(jìn)給量為1500mm/min，C主軸轉(zhuǎn)速3000r/min，粗糙度為6.70μm，誤差為3；
（9）B背吃刀量為0.5mm，A進(jìn)給量為1500mm/min，C主軸轉(zhuǎn)速4000r/min，粗糙度為4.90μm，誤差為1。
對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的因素不同水平均值、平方值先等進(jìn)行計算，需要對各因素極差進(jìn)行核算，且需要對總偏差平方與列偏差平方和進(jìn)行計算，主要參照如下公式：
Rj=max[ ， ， ，···]-min[ ， ， ，····]（2-1）
S= （yi- ）2（2-2）
Sj= • （yjk- ）2（2-3）
上述式子中總偏差平方和用S表示，列偏差平方和用Sj表示，每個因素不同水平均值使用yjk表示，總因因素平均值用 表示，每個因素不同水平平均值用 、 、 表示，極差用Rj表示。
2.3結(jié)果分析
根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將試驗(yàn)結(jié)果帶入上述公式，最終得到背吃刀量極差為2.13（未完，下一頁）
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