基于正交試驗的切削參數優化探討

楊俊毅

摘要：合理設定切削參數可以進一步提升零件加工質量，滿足零件實際使用與質量要求，促進相應機械零部件加工企業的良性發展。當前在零件切削參數優化方面可以使用的方式有很多種，正交試驗屬于一種應用相對較為常見的手段之一。本文主要分析切削參數優化過程中正交試驗的應用，希望可以起到一定借鑒意義。

關鍵詞：正交試驗;切削;參數;優化

隨著數控加工技術的不斷發展，數控加工工藝逐漸復雜化，工藝相關參數也越來越多，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量就不得不對各種因素進行綜合考量。切削加工屬于零件加工重要環節，對各種切削參數的優化設計無疑可以提升零件加工質量。

1.選擇加工工藝

試驗材料選擇為LY12，0.3泊松比，70GPa彈性模量為，2.7g/cm3密度，技術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構。結合零件加工主要過程，在切削過程中主要對零件加工產生影響較大的要素背吃刀量、進給量、主軸轉速進行分析。以下正交試驗也主要研究這三個主要切削影響因素對零件加工質量的影響，以從中選擇出該零件加工的最優化背吃刀量、進給量、主軸轉速搭配，促進該零件加工質量有效提升[2]。

2.正交試驗設計與結果

2.1正交試驗設計

本設計的正交試驗主要研究要素為背吃刀量、進給量、主軸轉速切削三要素對零件質量影響，因此在試驗中設計影響因素為背吃刀量、進給量、主軸轉速3個，在零件質量測評上主要以零件表面粗糙程度為判斷標準。同時根據正交試驗設計相關原則，為了使得整個試驗操作性比較強，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]。試驗中結合實際零件加工經驗，設計的三個切削水平如下：切削水平1：B背吃刀量為2mm，A進給量為800mm/min，C主軸轉速3000r/min;切削水平2：B背吃刀量為1mm，A進給量為1000mm/min，C主軸轉速4000r/min;切削水平3：B背吃刀量為0.5mm，A進給量為1500mm/min，C主軸轉速5000r/min。

2.2正交試驗結果

針對該零件加工進行上述正交試驗工試驗9次，具體試驗結果如下：

（1）B背吃刀量為2mm，A進給量為800mm/min，C主軸轉速3000r/min，粗糙度為6.30μm，誤差為1;

（2）B背吃刀量為1mm，A進給量為800mm/min，C主軸轉速4000r/min，粗糙度為4.20μm，誤差為2;

（3）B背吃刀量為0.5mm，A進給量為800mm/min，C主軸轉速5000r/min，粗糙度為3.30μm，誤差為3;

（4）B背吃刀量為2mm，A進給量為1000mm/min，C主軸轉速4000r/min，粗糙度為6.40μm，誤差為3;

（5）B背吃刀量為1mm，A進給量為1000mm/min，C主軸轉速5000r/min，粗糙度為5.60μm，誤差為1;

（6）B背吃刀量為0.5mm，A進給量為1000mm/min，C主軸轉速3000r/min，粗糙度為4.80μm，誤差為2;

（7）B背吃刀量為2mm，A進給量為1500mm/min，C主軸轉速5000r/min，粗糙度為6.70μm，誤差為2;

（8）B背吃刀量為1mm，A進給量為1500mm/min，C主軸轉速3000r/min，粗糙度為6.70μm，誤差為3;

（9）B背吃刀量為0.5mm，A進給量為1500mm/min，C主軸轉速4000r/min，粗糙度為4.90μm，誤差為1。

對試驗數據的因素不同水平均值、平方值先等進行計算，需要對各因素極差進行核算，且需要對總偏差平方與列偏差平方和進行計算，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結果分析

根據上述試驗數據，將試驗結果帶入上述公式，最終得到背吃刀量極差為2.13，進給量極差為1.20，主軸轉速極差為0.47，進而可知在該零件加工生產過程中對切削影響最為明顯的為背吃刀量。另外，通過上述正交試驗可知在該零件生產加工過程中背吃刀量、進給量、主軸轉速都會對零件表面粗糙程度造成影響，其中第（9）次零件加工獲得的零件粗糙程度低且誤差較小相對質量最高，故技術人員在加工此零件時可以選擇B背吃刀量0.5mm，A進給量1500mm/min，C主軸轉速4000r/min，進行此零件加工。

結束語

綜上所述，基于正交試驗的切削參數優化探討時需要結合具體零部件生產加工情況，并結合零件實際情況選擇相適宜的正交試驗方案，有效確保切削參數優化質量，促進零件生產加工質量有效提升。

參考文獻

[1]李嘉偉， 張東民， 陳劍. 基于正交試驗的樅樹型輪槽加工切削參數優化[J]. 工具技術， 2018， （10）：114-117.

[2]郭思璇， 武艷， 韓鑄完. 基于正交試驗的車銑切削參數優化研究[J]. 科技創新與應用， 2018， （002）：73-74.

[3]伍文進， 徐中云， 嚴帥. 基于正交試驗的6061鋁合金銑削工藝研究[J]. 機床與液壓， 2018，（14）：27-30.