費(fèi)德尋，王　斌（邵陽(yáng)學(xué)院　機(jī)械與能源工程系，湖南　邵陽(yáng)　422000）

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基于正交實(shí)驗(yàn)的機(jī)加工研究

費(fèi)德尋，王斌
（邵陽(yáng)學(xué)院機(jī)械與能源工程系，湖南邵陽(yáng)422000）

摘要：通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)研究機(jī)械加工中各切削用量對(duì)加工工效的影響情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該實(shí)驗(yàn)?zāi)芸焖俚恼页鲎罴阉浇M合，從而減少了實(shí)驗(yàn)次數(shù)，為尋求最優(yōu)工藝方案提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：正交實(shí)驗(yàn)；切削用量；工時(shí)；影響因素

0　引言

在機(jī)械加工制造的過(guò)程中，工效的高低是決定企業(yè)成敗的關(guān)鍵［1］。高的工作效率不僅能為企業(yè)降低制造成本，縮短工作周期，還能創(chuàng)造更多的財(cái)富，帶來(lái)更多的收益。研究機(jī)加工時(shí)工件的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和背吃刀量等因素對(duì)工效影響程度是非常有必要的。本文通過(guò)對(duì)切削用量參數(shù)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)［2］，確定其對(duì)工效影響的主次程度，尋求最優(yōu)工藝方案［3］。

1　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在三組不同的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和背吃刀量的情況下，測(cè)量車(chē)床粗車(chē)一軸桿所需要的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)指標(biāo)為工時(shí)，工時(shí)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(shí)驗(yàn)方案

該實(shí)驗(yàn)涉及到3個(gè)因素3個(gè)水平，為多因素實(shí)驗(yàn)。若采取一般的實(shí)驗(yàn)方法在各種水平下對(duì)各因素進(jìn)行測(cè)量，需要進(jìn)行33=27次實(shí)驗(yàn)。為了減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，而又能反映各因素對(duì)工時(shí)的真實(shí)影響情況，作者選取正交法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2選擇表格

由于該實(shí)驗(yàn)有3個(gè)因素，不考慮其交互作用，至少得選取3列，考慮到實(shí)驗(yàn)的隨機(jī)誤差，在表格中設(shè)一空白列作為誤差列，故為4列。因素?cái)?shù)（3）≦正交表列數(shù)（4），滿(mǎn)足條件。該實(shí)驗(yàn)為3水平實(shí)驗(yàn)，故選取正交表L9（34）來(lái)安排實(shí)驗(yàn)。

1.3確定方案

本實(shí)驗(yàn)不考慮交互作用，只需將各因素按照正交表表頭的序號(hào)依次填入表格中相應(yīng)的位置。按照正交實(shí)驗(yàn)法Ki表示任一列上水平號(hào)為i時(shí)，所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和；Ki；ki= Ki/s，其中s為任一列上各水平出現(xiàn)的次數(shù)；R（極差）：在任一列上R=max｛k1，k2，k3｝- min ｛k1，k2，k3｝ 。由于工時(shí)數(shù)值較大，為了計(jì)算更方便，將工時(shí)減去100獲得9個(gè)較小的數(shù)值。

利用以上的結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理，分析結(jié)果如表2。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1主次因素的確定

由正交實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)可知，極差R越大，對(duì)應(yīng)的那組因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果影響越大?？樟蠷小于其余列數(shù)的值，說(shuō)明其交互作用是可以忽略的。

由表2可知，RB＞RA＞RC，對(duì)加工工時(shí)影響的程度依次是B＞A＞C，即進(jìn)給量＞轉(zhuǎn)速＞背吃刀量。

2.2最優(yōu)方案的確定

由于本次實(shí)驗(yàn)的指標(biāo)為工時(shí)，工時(shí)越短越好，取三組因素中的最小k值所對(duì)應(yīng)的水平數(shù)得出最佳工藝方案為B1A3C1，即進(jìn)給量0.33mm轉(zhuǎn)速780 r·min-1背吃刀量2.5mm。

表2　實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

由上述步驟分析出來(lái)的最佳工藝方案不在所做的實(shí)驗(yàn)方案中，需對(duì)結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)速780 r·min-1，進(jìn)給量0.33mm，背吃刀量2.5mm的情況下，測(cè)得工時(shí)為42s，較以上方案所用的工時(shí)均少，最優(yōu)方案得以驗(yàn)證。

2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

車(chē)床機(jī)加工時(shí)加大進(jìn)給量和背吃刀量、提高轉(zhuǎn)速能減少加工所需工時(shí)，提高工作效率。加工同一零件時(shí)，進(jìn)給量對(duì)所需工時(shí)的影響是最大的，其次是轉(zhuǎn)速，而背吃刀量對(duì)工時(shí)的影響是最小的。若進(jìn)一步提高進(jìn)給量、轉(zhuǎn)速和背吃刀量，可能會(huì)得到更好的實(shí)驗(yàn)效果。但各因素對(duì)工時(shí)的影響情況并不是純線(xiàn)性關(guān)系的，其具體影響情況還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探明。

3　結(jié)論

（1）正交實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驕p少實(shí)驗(yàn)次數(shù)并確定各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響程度。

（2）利用正交實(shí)驗(yàn)，能夠得到實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)方案，為尋求最佳工藝提供指導(dǎo)意見(jiàn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］韓彥飛.簡(jiǎn)析提高數(shù)控機(jī)床機(jī)械加工效率的方法［J］.企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2011，30（15）:92.

［2］王乃坤，江樹(shù)華，曲志程.正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.黑龍江交通科技，2003（08）:89-90.

［3］陳魁.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1996:113-115.

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

作者簡(jiǎn)介：費(fèi)德尋（1991-），男，云南宣威人，本科在讀，研究方向:機(jī)械與能源。