基于正交试验的切削参数优化探讨

杨俊毅

摘要：合理设定切削参数可以进一步提升零件加工质量，满足零件实际使用与质量要求，促进相应机械零部件加工企业的良性发展。当前在零件切削参数优化方面可以使用的方式有很多种，正交试验属于一种应用相对较为常见的手段之一。本文主要分析切削参数优化过程中正交试验的应用，希望可以起到一定借鉴意义。

关键词：正交试验;切削;参数;优化

随着数控加工技术的不断发展，数控加工工艺逐渐复杂化，工艺相关参数也越来越多，在零件加工过程中需要考量的因素越来越多，为了确保零件加工质量就不得不對各种因素进行综合考量。切削加工属于零件加工重要环节，对各种切削参数的优化设计无疑可以提升零件加工质量。

1.选择加工工艺

试验材料选择为LY12，0.3泊松比，70GPa弹性模量为，2.7g/cm3密度，技术人员考虑到加工零件的类型主要为薄壁箱体，在加工中较容易出现形变等问题，对零件的加工精度造成影响，因此在零件加工之前采用专业的限元分析软件分析了多种不同零件加工装夹方案，最终在零件加工中选择软件分析最为合适的装夹方案[1]。根据最终选择的零件装夹方案在零件加工过程中，零件夹紧工件主要为螺旋夹紧结构。结合零件加工主要过程，在切削过程中主要对零件加工产生影响较大的要素背吃刀量、进给量、主轴转速进行分析。以下正交试验也主要研究这三个主要切削影响因素对零件加工质量的影响，以从中选择出该零件加工的最优化背吃刀量、进给量、主轴转速搭配，促进该零件加工质量有效提升[2]。

2.正交试验设计与结果

2.1正交试验设计

本设计的正交试验主要研究要素为背吃刀量、进给量、主轴转速切削三要素对零件质量影响，因此在试验中设计影响因素为背吃刀量、进给量、主轴转速3个，在零件质量测评上主要以零件表面粗糙程度为判断标准。同时根据正交试验设计相关原则，为了使得整个试验操作性比较强，主要考量三个不同切削水平情况下对零件表面粗糙程度的影响[3]。试验中结合实际零件加工经验，设计的三个切削水平如下：切削水平1：B背吃刀量为2mm，A进给量为800mm/min，C主轴转速3000r/min;切削水平2：B背吃刀量为1mm，A进给量为1000mm/min，C主轴转速4000r/min;切削水平3：B背吃刀量为0.5mm，A进给量为1500mm/min，C主轴转速5000r/min。

2.2正交试验结果

针对该零件加工进行上述正交试验工试验9次，具体试验结果如下：

（1）B背吃刀量为2mm，A进给量为800mm/min，C主轴转速3000r/min，粗糙度为6.30μm，误差为1;

（2）B背吃刀量为1mm，A进给量为800mm/min，C主轴转速4000r/min，粗糙度为4.20μm，误差为2;

（3）B背吃刀量为0.5mm，A进给量为800mm/min，C主轴转速5000r/min，粗糙度为3.30μm，误差为3;

（4）B背吃刀量为2mm，A进给量为1000mm/min，C主轴转速4000r/min，粗糙度为6.40μm，误差为3;

（5）B背吃刀量为1mm，A进给量为1000mm/min，C主轴转速5000r/min，粗糙度为5.60μm，误差为1;

（6）B背吃刀量为0.5mm，A进给量为1000mm/min，C主轴转速3000r/min，粗糙度为4.80μm，误差为2;

（7）B背吃刀量为2mm，A进给量为1500mm/min，C主轴转速5000r/min，粗糙度为6.70μm，误差为2;

（8）B背吃刀量为1mm，A进给量为1500mm/min，C主轴转速3000r/min，粗糙度为6.70μm，误差为3;

（9）B背吃刀量为0.5mm，A进给量为1500mm/min，C主轴转速4000r/min，粗糙度为4.90μm，误差为1。

对试验数据的因素不同水平均值、平方值先等进行计算，需要对各因素极差进行核算，且需要对总偏差平方与列偏差平方和进行计算，主要参照如下公式：

Rj=max[ ， ， ，···]-min[ ， ， ，····]（2-1）

S= （yi- ）2（2-2）

Sj= · （yjk- ）2（2-3）

上述式子中总偏差平方和用S表示，列偏差平方和用Sj表示，每个因素不同水平均值使用yjk表示，总因因素平均值用 表示，每个因素不同水平平均值用 、 、 表示，极差用Rj表示。

2.3结果分析

根据上述试验数据，将试验结果带入上述公式，最终得到背吃刀量极差为2.13，进给量极差为1.20，主轴转速极差为0.47，进而可知在该零件加工生产过程中对切削影响最为明显的为背吃刀量。另外，通过上述正交试验可知在该零件生产加工过程中背吃刀量、进给量、主轴转速都会对零件表面粗糙程度造成影响，其中第（9）次零件加工获得的零件粗糙程度低且误差较小相对质量最高，故技术人员在加工此零件时可以选择B背吃刀量0.5mm，A进给量1500mm/min，C主轴转速4000r/min，进行此零件加工。

结束语

综上所述，基于正交试验的切削参数优化探讨时需要结合具体零部件生产加工情况，并结合零件实际情况选择相适宜的正交试验方案，有效确保切削参数优化质量，促进零件生产加工质量有效提升。

参考文献

[1]李嘉伟， 张东民， 陈剑. 基于正交试验的枞树型轮槽加工切削参数优化[J]. 工具技术， 2018， （10）：114-117.

[2]郭思璇， 武艳， 韩铸完. 基于正交试验的车铣切削参数优化研究[J]. 科技创新与应用， 2018， （002）：73-74.

[3]伍文进， 徐中云， 严帅. 基于正交试验的6061铝合金铣削工艺研究[J]. 机床与液压， 2018，（14）：27-30.