正交实验与分析结课论文

          试验设计与分析

结课论文

    论 文  名 称： 插铣铣削力实验设计及数据处理   

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学        号：         **********               

院系专业班级：      机电学院11机制（1）班        

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插铣铣削力实验设计及数据处理

摘要：基于正交试验的特点，采用正交试验来研究主轴转速n，径向切深ae和每齿进给量fz对插铣过程中铣削力的影响。确定了因素的最佳水平组合和因素的主次顺序及铣削时的最佳工艺参数。研究结果可为以后的铣削加工提供一定的实验依据。

关键词：铣削加工；正交优化试验；MINITAB

1. 正交试验原理及其目的

正交试验设计是研究多因素多水平的一种高效率、快速、经济的试验设计方法。它用正交表来安排试验 ，能以较少的试验次数、较短的试验周期，用极差分析方法、方差分析方法、回归分析方法等对试验结果进行分析，迅速找出影响指标的主要因素，进而找到较优的工艺参数。正交试验包括制定正交因素表、安排试验、计算和结果分析等几个部分。 

试验的主要目的是：①应用极差分析法确定铣削加工中主轴转速n、径向切深ae和每齿进给量fz等因素主次和各试验因素的最佳水平；②应用方差分析法判断各因素的主次和显著性 

2. 正交试验方案设计与因素选择

在插铣加工过程中，影响铣削力的工艺参数主要包括：主轴转速n、径向切深ae和每齿进给量fz，故选用这3个因素作为研究对象。每个试验因素取 4个水平，即该试验是3因素4水平的正交试验设计，选用正交表设计试验方案，共需要 16次数值模拟试验(而全面试验需要次)。正交试验设计因素水平如表 1所示。

表1 因素水平表

  3.1 选择统计 > DOE > 因子 >创建田口设计：

3.2 在田口设计中选择4水平设计，因子数为3：

3.3 在田口设计中选择设计，如下所示，在对话框中单击确定：

3.4 在田口设计中选择因子，如下所示，点击确定：

3.5 在田口设计中点击确定后，如下图所示：

3.6 在C4，C5，C6列输入如下值：

3.7选择统计 > DOE > 因子 > 分析田口设计。如下图所示：

3.8 点击分析田口设计中的分析，如下图所示，点击确定：

3.9 选择上图中的选项，如下图所示，点击确定：

3.10 点击分析田口设计中的确定，出现如下所示：

图 1所示为各因素指标对插铣加工切削力影响的变化趋势图。从图可以看出，切削力分力Fxmax随每齿进给、径向切深的增加而显著增加，而随着主轴转速的增大，切削力分力Fxmax增加较小。因此，在实际生产中，要着重考虑每齿进给、径向切深的选取范围，尤其是径向切深，以求效果达到最优。

对于Fymax，Fzmax方向的结果类似，只给出最终结果：

                                 表2极差分析表

由上述分析可知：径向切深ae对三个方向的最大铣削力影响最大，主轴转速n影响次之，每齿进给量fz对三个方向的最大铣削力影响最小。故Fxmax，Fymax，Fzmax最优组合为A3B1C1，即n3fz1ae1

3.11 建立三维表面图 

(1) 选择图表 >3D曲面图 ，如下图所示：

(2) 选择图表 >3D曲面图 >3D曲面图 -- 曲面，如下图所示：

(3) 点击上图“确定”，得到3D曲面图：

图2 切削力分力Fxmax与各因素的曲面图

   3.12 建立轮廓图（等高线）

4.方差分析

我选择的此论文中只采用了极差分析法，由于学完《试验设计与分析》，这里再运用方差分析法进行结构。再者因为此论文中是将铣削力的三个方向的分力分别做了实验，为节省篇幅，特此选Fymax方向来结构此论文。

 (1) 选择统计 > 方差分析 >一般线性模型，如下图所示：

(2) 点击上图“确定”，得到各因素的方差分析，如下图所示：

表3 方差分析结果

5. 结 论 

1)通过正交试验法，采取正交表对插铣铣削力影响大小的因素进行了优化试验；通过极差分析，确定了主次因素是C (径向切深ae)>A (主轴转速n)>B (每齿进给量fz)，得出其线切割的最佳工艺参数是A3B1C1，即主轴转速1000r/min、每齿进给量0.04mm/z和径向切深0.5mm。

2)正交试验的方差分析表明，所考虑的3个因素 (径向切深ae、 主轴转速、每齿进给量fz)对插铣铣削力大小均有影响，而径向切深ae对插铣铣削力影响最为显著，主轴转速，每齿进给量的影响相对较小且相近。在实际工程中，分清主次因素和影响的显著性对工程质量具有重要意义 。 

参考文献

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[2]罗五四; 冯淑凯; 吴永强; 毛履国; 熊明华;.铣削力试验数据处理软件的设计与实现 ，材料物理与化学(专业) 博士论文 2000年度.

[3]李学光，王慧伟，张树仁，等.基于正交试验法的切削参数优化研究[J].机床与液压，2011(8):17-19

[4]赵选民 ．试验设计方法 [M]．北京 ：科学技术 出版社 ，2006． 

[5]张润楚．试验设计与分析及参数优化 [M]．北京：中国统计出版社，2003.