基于正交實驗的機加工研究

費德尋，王　斌（邵陽學院　機械與能源工程系，湖南　邵陽　422000）

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基于正交實驗的機加工研究

費德尋，王斌
（邵陽學院機械與能源工程系，湖南邵陽422000）

摘要：通過正交實驗研究機械加工中各切削用量對加工工效的影響情況。實驗結果表明：該實驗能快速的找出最佳水平組合，從而減少了實驗次數，為尋求最優工藝方案提供了依據。

關鍵詞：正交實驗；切削用量；工時；影響因素

0　引言

在機械加工制造的過程中，工效的高低是決定企業成敗的關鍵［1］。高的工作效率不僅能為企業降低制造成本，縮短工作周期，還能創造更多的財富，帶來更多的收益。研究機加工時工件的轉速、進給量和背吃刀量等因素對工效影響程度是非常有必要的。本文通過對切削用量參數進行正交實驗［2］，確定其對工效影響的主次程度，尋求最優工藝方案［3］。

1　實驗設計

在三組不同的轉速、進給量和背吃刀量的情況下，測量車床粗車一軸桿所需要的時間。實驗指標為工時，工時越低越好。各水平與因素如表1所示。

表1　水平與因素

1.1選擇實驗方案

該實驗涉及到3個因素3個水平，為多因素實驗。若采取一般的實驗方法在各種水平下對各因素進行測量，需要進行33=27次實驗。為了減少實驗次數，而又能反映各因素對工時的真實影響情況，作者選取正交法進行實驗。

1.2選擇表格

由于該實驗有3個因素，不考慮其交互作用，至少得選取3列，考慮到實驗的隨機誤差，在表格中設一空白列作為誤差列，故為4列。因素數（3）≦正交表列數（4），滿足條件。該實驗為3水平實驗，故選取正交表L9（34）來安排實驗。

1.3確定方案

本實驗不考慮交互作用，只需將各因素按照正交表表頭的序號依次填入表格中相應的位置。按照正交實驗法Ki表示任一列上水平號為i時，所對應的試驗結果之和；Ki；ki= Ki/s，其中s為任一列上各水平出現的次數；R（極差）：在任一列上R=max｛k1，k2，k3｝- min ｛k1，k2，k3｝ 。由于工時數值較大，為了計算更方便，將工時減去100獲得9個較小的數值。

利用以上的結果對實驗結果進行分析處理，分析結果如表2。

2　實驗結果分析

2.1主次因素的確定

由正交實驗的性質可知，極差R越大，對應的那組因素對實驗的結果影響越大。空列R小于其余列數的值，說明其交互作用是可以忽略的。

由表2可知，RB＞RA＞RC，對加工工時影響的程度依次是B＞A＞C，即進給量＞轉速＞背吃刀量。

2.2最優方案的確定

由于本次實驗的指標為工時，工時越短越好，取三組因素中的最小k值所對應的水平數得出最佳工藝方案為B1A3C1，即進給量0.33mm轉速780 r·min-1背吃刀量2.5mm。

表2　實驗方案及實驗結果

2.3實驗結果驗證

由上述步驟分析出來的最佳工藝方案不在所做的實驗方案中，需對結果進行實驗驗證。實驗結果表明，在轉速780 r·min-1，進給量0.33mm，背吃刀量2.5mm的情況下，測得工時為42s，較以上方案所用的工時均少，最優方案得以驗證。

2.4實驗結果分析

車床機加工時加大進給量和背吃刀量、提高轉速能減少加工所需工時，提高工作效率。加工同一零件時，進給量對所需工時的影響是最大的，其次是轉速，而背吃刀量對工時的影響是最小的。若進一步提高進給量、轉速和背吃刀量，可能會得到更好的實驗效果。但各因素對工時的影響情況并不是純線性關系的，其具體影響情況還需進一步實驗探明。

3　結論

（1）正交實驗能夠減少實驗次數并確定各因素對實驗的影響程度。

（2）利用正交實驗，能夠得到實驗的最優方案，為尋求最佳工藝提供指導意見。

參考文獻：

［1］韓彥飛.簡析提高數控機床機械加工效率的方法［J］.企業技術開發，2011，30（15）:92.

［2］王乃坤，江樹華，曲志程.正交實驗設計方法在實驗設計中的應用［J］.黑龍江交通科技，2003（08）:89-90.

［3］陳魁.實驗設計與分析［M］.北京:清華大學出版社，1996:113-115.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.021

作者簡介：費德尋（1991-），男，云南宣威人，本科在讀，研究方向:機械與能源。