运用正交试验方法研究切削条件对表面粗糙度的影响

摘 要：切削加工的工艺参数设定对工件加工质量的影响极大，在实际应用中，粗糙度控制对操作者经验的依赖还在普遍存在。如果想要找出最优工艺参数组合，必须通过大量实验进行。本文使用正交实验方法，给出了如何快速有效的找到最优工艺参数组合的方法，以加工表面粗糙度为优化目标，讨论3个切削参数对表面粗糙度的影响，提出优化方案，试验证明本文方法可以迅速有效的找到最优参数组合，为指导生产现场操作提供了简便高效的方法。

关键词：切削条件；表面粗糙度；最优组合；正交试验

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

1 引言

切削加工的工艺参数（包括切削速度、进给量、冷却液、背吃刀量等）设定对工件加工质量有极大的影响。虽然相关的研究成果众多，各种切削理论、计算公式都很好地为研究切削条件对粗糙度影响提供了定性分析的方法[1]。这里，为了方便问题的分析，根据金属切削的相关知识，以3个切削参数（切削速度、进给量、冷却液）作为研究对象，研究它们对切削工件表面粗糙度的影响，提出优化方案，试验证明本文方法可以迅速有效的找到最优参数组合，为指导生产现场操作提供了简便高效的方法。

2 正交试验方法简介

（1）正交试验的概念[2，3]。生产中常需选择最佳的配方、优化加工条件等场合，这便需要做试验。如何安排试验是个大问题。好的试验方法是：做少量试验就能得到正确的结论和较好的效果。下面就来简单介绍一种优化试验设计方法[2]。

现通过以下例子来说明。

为提高某化工产品的转化率，根据经验，选择了三个有关因素进行试验，如下表1。

这里面有三个因素，每个因素又有三种状态，这在正交试验方法叫做三因素三水平试验，如果按照我们平时的做法—全面试验法的要做33=27次试验，才能得出结果，如图1（交点），如用正交试验法，它只需要做9次，如图2，由此可知，使用正交试验设计可大大减少试验次数。

（2）正交表简介[3]。凡是满足正交条件的因素、水平搭配表格称为正交表。表里主要涉及一些参数，下面逐个解释：试验指标是表征试验研究对象的指标，如表1中的实验效果为产品的转化率；因素是对试验指标可能产生影响原因，如表1的三因素分别是反应温度（A）、反应时间（B）、用碱量（C）；水平试在试验中所选取的具体状态，可用1、2、3表示，如A因子的1、2、3分别代表着80℃、85℃、90℃；LA（PQ）是常用正交表的表示符形式，式中各符号分别为L代表“正交表”、A代表正交表的横行数，即实验的次数、P代表因素所取得水平数、Q代表表上的纵列数，即表示允许采用的因素数。例如本试验采用的三因素三水平试验，为试验的对照用，增加一对照列，就变成四因素三水平试验，表示为L9（34），根据表1和规定，我们可以列出下表2（正交表）。

3 结论

本文通过运用正交试验的方法，能够得出在C6140车床上，使用高速钢刀具加工45钢材料的最优参数组合，这套切削条件组合较好地控制表面粗糙度。通过实际的验证，发现此种组合条件所切削出来的工件表面粗糙度是最小的，进一步验证了用正交试验的方法来分析多因素多水平的问题是可行的。

参考文献：

[1]曹林.金属切削条件的合理选择[J].科技风，2013，3（下）：41-42.

[2]张铁茂，丁建国编著.实验设计与数据处理[M].北京：兵器工业出版社出版，1990：136-146.

[3]费业秦.误差理论与数据处理[M].北京：机械工业出版社出版，2005.

[4]庄楚强，何春雄.应用数理统计基础（第三版） [M].广州：华南理工大学出版，2006.

[5] 技工学校机械类通用教材编审委员会.车工工艺[M].北京：机械工业出版社，2004（03）：189-192.

[6]周维海，王忠玉，沈克佳.金属切削用量的优化选择[J].一重要技术，2008.

作者简介：符广闻 （1983-），男，海南乐东人，本科，讲师，主要从事：机械设计、职业教育研究。