关于切削参数的正交试验法优化案例讲义.doc

课 程 名 称： 试验设计与数据处理 题 目 名 称： 关于切削参数的正交试验法优化案例 专 业： 机械工程 学 生 姓 名： 班 级： 学 号： 关于切削参数的正交试验法优化案例 随着科技的不断发展生产生活中对加工件的精度要求越来越高特别是军事领域中。要提高加工件的精度使其达到应用要求就要选择合适的机床和刀具材料使用合适的工艺、正确的刀具几何形状和切削参数。但是在机械切削加工过程中影响加工质量的因素很多而且因素之间也是相互影响、相互制约的。特别是切削三要素其对零件表面质量、加工效率的影响很大。由于正交试验法操作简单即对试验进行审计安排使得试验次数尽量少而且可以通过对试验结果的分析得到优化的参数。因此作者采用用正交试验法对切削三要素进行分析。 正交试验法 正交试验法是一种使用数学统计原理进行最优选择的方法。正交试验设计是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散齐整可比”的特点。正交试验设计是分析因式设计的主要方法，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。 正交试验设计又叫正交设计、正交试验法 简称正交法。它利用正交表作为工具，多组试验可同时进行，故有利于缩短试验周期，直接比较各个因素及考察各因素间交互作用对指标的影响，是一种科学的优选法。正交法有3条基本原则 即正交分解、综合可比、均衡搭配。这是正交法的统计分析、直观分析和试验模型的理论基础。 在多因素优化试验时利用数理统计学与正交性原理从大量的试验点中挑选有代表性和典型性的点应用 “正交表 ”科学合理地安排试验从而用尽量少的试验次数得到最优的试验结果。正交表也叫做正交阵列是试验设计的基本工具其是根据均衡分布的思想运用组合数学理论构造的一类数学表格表示方法为 ,其中L表示正交表 a表示试验次数也就是表的行数 b表示因素的水平数 c表示因素的个数。如是一张最简单的正交表。 使用正交试验首先需要根据试验要求确定试验指标;其次根据试验指标的特征性质从已知量中确定影响因素;然后确定试验因素的典型值的个数即因素水平。至此需要确定一个合适正交表根据正交表的组合关系将各个因素及其水平填写进正交表中就可以得到一个正交试验安排。 工艺设计 在此作者主要针对某壳体零件的加工进行研究，所用材料为LY12,弹性模量为70 GPa ,泊松比为013,密度约为217 g / 。根据基准选择原则选取工件外侧面为定位基准。考虑到加工零件为薄壁箱体类型加工中容易发生塑形变形而影响加工精度使用有限元分析软件进行了工件装夹变形分析得到适合该工件的装夹方案如图1和图2所示。 根据得到的装夹方案、工件性质以及材料属性选择螺旋夹紧结构夹紧工件。具体的装夹设计如图3所示。 切削三要素正交试验设计 现在要得到影响零件表面质量的切削三要素即进给量、背吃刀量、主轴转速的最优组合。这就确定了试验的因素为3个即进给量、背吃刀量、主轴转速指标为加工零件表面粗糙度。工装夹具根据试验水平一般以2～4为合适以尽量减少试验次数的选择原则选择试验因素水平为3。根据实际的加工工艺可以在切削三要素经验值范围内选择三因素的水平如表1所示。 图1 ANSYS分析装夹方案 图2 装夹变形分析结果 　 进给量（A） 背吃刀量（B） 主轴转速（C） 水平一（1） 800 2 3000 水平二（2） 1000 1 4000 水平三（3） 1500 0.5 5000 表1 因素水平表 图3 试验数 因素 进给量 背吃刀量 主轴转速 误差 粗糙度 （y-5） (y-5)∧2 1 800 2 3000 1 6.3 1.3 1.69 2 800 1 4000 2 4.2 -0.8 0.64 3 800 0.5 5000 3 3.3 -1.7 2.89 4 1000 2 4000 3 6.4 1.4 1.96 5 1000 1 5000 1 5.6 0.6 0.36 6 1000 0.5 3000 2 4.8 -0.2 0.04 7 1000 2 5000 2 6.7 1.7 2.89 8 1000 1 3000 3 5.8 0.8 0.64 9 1000 0.5 4000 1 4.9 -0.1 0.01 　 　 　 　 　 　 3 11.15 表2 正交试验分析 对试验所得的数据结果进行分析计算: (1)计算出每个因素不同水平的水平均值、、以及对应的平方值、、。 (2)计算出各个因素的极差此处使用公式 (3)计算总偏差平方S和及列偏差平方和,计算方法如下: 令　 则S = W – P 通过计算得到的方差处理结果如表3所示。 A B C D