運用正交試驗方法研究切削條件對表面粗糙度的影響

摘 要：切削加工的工藝參數設定對工件加工質量的影響極大，在實際應用中，粗糙度控制對操作者經驗的依賴還在普遍存在。如果想要找出最優工藝參數組合，必須通過大量實驗進行。本文使用正交實驗方法，給出了如何快速有效的找到最優工藝參數組合的方法，以加工表面粗糙度為優化目標，討論3個切削參數對表面粗糙度的影響，提出優化方案，試驗證明本文方法可以迅速有效的找到最優參數組合，為指導生產現場操作提供了簡便高效的方法。

關鍵詞：切削條件；表面粗糙度；最優組合；正交試驗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.252

1 引言

切削加工的工藝參數（包括切削速度、進給量、冷卻液、背吃刀量等）設定對工件加工質量有極大的影響。雖然相關的研究成果眾多，各種切削理論、計算公式都很好地為研究切削條件對粗糙度影響提供了定性分析的方法[1]。這里，為了方便問題的分析，根據金屬切削的相關知識，以3個切削參數（切削速度、進給量、冷卻液）作為研究對象，研究它們對切削工件表面粗糙度的影響，提出優化方案，試驗證明本文方法可以迅速有效的找到最優參數組合，為指導生產現場操作提供了簡便高效的方法。

2 正交試驗方法簡介

（1）正交試驗的概念[2，3]。生產中常需選擇最佳的配方、優化加工條件等場合，這便需要做試驗。如何安排試驗是個大問題。好的試驗方法是：做少量試驗就能得到正確的結論和較好的效果。下面就來簡單介紹一種優化試驗設計方法[2]。

現通過以下例子來說明。

為提高某化工產品的轉化率，根據經驗，選擇了三個有關因素進行試驗，如下表1。

這里面有三個因素，每個因素又有三種狀態，這在正交試驗方法叫做三因素三水平試驗，如果按照我們平時的做法—全面試驗法的要做33=27次試驗，才能得出結果，如圖1（交點），如用正交試驗法，它只需要做9次，如圖2，由此可知，使用正交試驗設計可大大減少試驗次數。

（2）正交表簡介[3]。凡是滿足正交條件的因素、水平搭配表格稱為正交表。表里主要涉及一些參數，下面逐個解釋：試驗指標是表征試驗研究對象的指標，如表1中的實驗效果為產品的轉化率；因素是對試驗指標可能產生影響原因，如表1的三因素分別是反應溫度（A）、反應時間（B）、用堿量（C）；水平試在試驗中所選取的具體狀態，可用1、2、3表示，如A因子的1、2、3分別代表著80℃、85℃、90℃；LA（PQ）是常用正交表的表示符形式，式中各符號分別為L代表“正交表”、A代表正交表的橫行數，即實驗的次數、P代表因素所取得水平數、Q代表表上的縱列數，即表示允許采用的因素數。例如本試驗采用的三因素三水平試驗，為試驗的對照用，增加一對照列，就變成四因素三水平試驗，表示為L9（34），根據表1和規定，我們可以列出下表2（正交表）。

3 結論

本文通過運用正交試驗的方法，能夠得出在C6140車床上，使用高速鋼刀具加工45鋼材料的最優參數組合，這套切削條件組合較好地控制表面粗糙度。通過實際的驗證，發現此種組合條件所切削出來的工件表面粗糙度是最小的，進一步驗證了用正交試驗的方法來分析多因素多水平的問題是可行的。

參考文獻：

[1]曹林.金屬切削條件的合理選擇[J].科技風，2013，3（下）：41-42.

[2]張鐵茂，丁建國編著.實驗設計與數據處理[M].北京：兵器工業出版社出版，1990：136-146.

[3]費業秦.誤差理論與數據處理[M].北京：機械工業出版社出版，2005.

[4]莊楚強，何春雄.應用數理統計基礎（第三版） [M].廣州：華南理工大學出版，2006.

[5] 技工學校機械類通用教材編審委員會.車工工藝[M].北京：機械工業出版社，2004（03）：189-192.

[6]周維海，王忠玉，沈克佳.金屬切削用量的優化選擇[J].一重要技術，2008.

作者簡介：符廣聞 （1983-），男，海南樂東人，本科，講師，主要從事：機械設計、職業教育研究。