基于正交实验的机加工研究

摘 要：通过正交实验研究机械加工中各切削用量对加工工效的影响情况。实验结果表明：该实验能快速的找出最佳水平组合，从而减少了实验次数，为寻求最优工艺方案提供了依据。

关键词：正交实验；切削用量；工时；影响因素

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.021

0 引言

在机械加工制造的过程中，工效的高低是决定企业成败的关键[1]。高的工作效率不仅能为企业降低制造成本，缩短工作周期，还能创造更多的财富，带来更多的收益。研究机加工时工件的转速、进给量和背吃刀量等因素对工效影响程度是非常有必要的。本文通过对切削用量参数进行正交实验[2]，确定其对工效影响的主次程度，寻求最优工艺方案[3]。

1 实验设计

在三组不同的转速、进给量和背吃刀量的情况下，测量车床粗车一轴杆所需要的时间。实验指标为工时，工时越低越好。各水平与因素如表1所示。

1.1 选择实验方案

该实验涉及到3个因素3个水平，为多因素实验。若采取一般的实验方法在各种水平下对各因素进行测量，需要进行33=27次实验。为了减少实验次数，而又能反映各因素对工时的真实影响情况，作者选取正交法进行实验。

1.2 选择表格

由于该实验有3个因素，不考虑其交互作用，至少得选取3列，考虑到实验的随机误差，在表格中设一空白列作为误差列，故为4列。因素数（3）Q正交表列数（4），满足条件。该实验为3水平实验，故选取正交表L9（34）来安排实验。

1.3 确定方案

本实验不考虑交互作用，只需将各因素按照正交表表头的序号依次填入表格中相应的位置。按照正交实验法Ki表示任一列上水平号为i时，所对应的试验结果之和；Ki；ki= Ki/s，其中s为任一列上各水平出现的次数；R（极差）：在任一列上R=max{k1 ，k2 ，k3}-min{k1 ，k2 ，k3} 。由于工时数值较大，为了计算更方便，将工时减去100获得9个较小的数值。

利用以上的结果对实验结果进行分析处理，分析结果如表2。

2 实验结果分析

2.1 主次因素的确定

由正交实验的性质可知，极差R越大，对应的那组因素对实验的结果影响越大。空列R小于其余列数的值，说明其交互作用是可以忽略的。

由表2可知，RB>RA>RC，对加工工时影响的程度依次是B>A>C，即进给量>转速>背吃刀量。

2.2 最优方案的确定

由于本次实验的指标为工时，工时越短越好，取三组因素中的最小k值所对应的水平数得出最佳工艺方案为B1 A3 C1，即进给量0.33mm 转速780 r・min-1 背吃刀量2.5mm。

2.3 实验结果验证

由上述步骤分析出来的最佳工艺方案不在所做的实验方案中，需对结果进行实验验证。实验结果表明，在转速780 r・min-1，进给量0.33mm，背吃刀量2.5mm的情况下，测得工时为42s，较以上方案所用的工时均少，最优方案得以验证。

2.4 实验结果分析

车床机加工时加大进给量和背吃刀量、提高转速能减少加工所需工时，提高工作效率。加工同一零件时，进给量对所需工时的影响是最大的，其次是转速，而背吃刀量对工时的影响是最小的。若进一步提高进给量、转速和背吃刀量，可能会得到更好的实验效果。但各因素对工时的影响情况并不是纯线性关系的，其具体影响情况还需进一步实验探明。

3 结论

（1）正交实验能够减少实验次数并确定各因素对实验的影响程度。

（2）利用正交实验，能够得到实验的最优方案，为寻求最佳工艺提供指导意见。

参考文献：

[1]韩彦飞.简析提高数控机床机械加工效率的方法[J].企业技术开发，2011，30（15）：92.

[2]王乃坤，江树华，曲志程.正交实验设计方法在实验设计中的应用[J].黑龙江交通科技，2003（08）：89-90.

[3]陈魁.实验设计与分析[M].北京：清华大学出版社，1996：113-115.

作者简介：费德寻（1991-），男，云南宣威人，本科在读，研究方向：机械与能源。