正交試驗分析論文

1、試驗設(shè)計與分析結(jié)課論文姓名： 學(xué)號：班級：10機制（3）班院系：機械電氣工程學(xué)院2013年6月8日氣囊拋光工藝參數(shù)的正交實驗分析摘 要: 針對平面光學(xué)零件,以拋光去除率和表面粗糙度為考核指標(biāo),應(yīng)用正交試驗法分析了氣囊拋光過程中的主要工藝參數(shù), 包括拋光工具氣囊的壓縮量、氣囊轉(zhuǎn)速、氣囊內(nèi)部充氣壓力、拋光液的濃度對拋光去除效率和表面粗糙度的影響規(guī)律。結(jié)合氣囊拋光的拋光機理對其進行了分析, 根據(jù)實驗結(jié)果對工藝參數(shù)進行了優(yōu)化, 并進行了綜合參數(shù)的氣囊拋光加工實驗, 獲得了超精密光滑的表面。關(guān) 鍵 詞: 氣囊拋光、正交實驗、材料去除率、表面粗糙度實驗設(shè)計1）因素設(shè)計 本實驗采用的是正交實驗方法, 目的是

2、要確定氣囊拋光的主要工藝參數(shù)( 因素) 對拋光效率( 指標(biāo)) 的影響規(guī)律, 并在此基礎(chǔ)上確定出最優(yōu)的參數(shù)組合。實驗中考慮了四個主要因素, 即氣囊的壓縮量、氣囊轉(zhuǎn)速、氣囊內(nèi)部壓力( 充氣壓力) 、拋光液的濃度。2）因素水平設(shè)計 每個因素選擇三個水平, 本實驗為4因素3水平的正交試驗, 選用( ) 正交表, 如表1所示。實驗方案如表2所示。工件材料選用平面BK7光學(xué)玻璃( 530mm5mm) , 拋光材料為氧化鈰拋光粉。具體實驗方法是: 工件靜止不動, 氣囊以一定的轉(zhuǎn)速在工件上定點拋光, 拋光10min, 形成一個橢圓形的拋光區(qū); 采用2302型輪廓儀對拋光后的表面進行測量, 并計算出單位時間內(nèi)的

3、材料去除量。研究一: 平面工件氣囊拋光去除效率實驗研究 實驗分析-下面對試驗結(jié)果運用MiniTab進行分析 （1）創(chuàng)建田口實驗 (2)選擇3水平4因素的L9()的田口設(shè)計（3）把試驗結(jié)果輸入到響應(yīng)的表格中 (4)進行田口試驗分析（5） 響應(yīng)數(shù)據(jù)選取“去除效率”；圖形選項中主效應(yīng)圖選擇“均值”；分析選項中，效應(yīng)表選“均值” 6） 得到“去除效率”的分析結(jié)果 氣囊壓縮量 氣囊內(nèi)部壓力 氣囊轉(zhuǎn)速 拋光液濃度 水平 1 3.967 5.380 5.047 5.407 2 5.473 5.593 5.407 5.593 3 7.160 5.627 6.147 5.600 Delta 3.193 0.24

4、7 1.100 0.193 排秩 1 3 2 4R3.190.251.100.19方差分析：去除效率 的方差分析，在檢驗中使用調(diào)整的 SS 來源 自由度 Seq SS Adj SS Adj MS F P氣囊壓縮量 2 15.3123 15.3123 7.6561 211.89 0.005氣囊內(nèi)部壓力 2 0.1075 0.1075 0.0537 1.49 0.402氣囊轉(zhuǎn)速 2 1.8872 1.8872 0.9436 26.11 0.037 誤差 2 0.0723 0.0723 0.0361 合計 8 17.3792 S = 0.190088 R-Sq = 99.58% R-Sq（調(diào)整） =

5、 98.34%方差分析結(jié)果，和手工計算結(jié)果相同，原論文中考慮到因素C的均方與誤差的結(jié)果相差不多，兩者相比結(jié)果為0.03，小于0.1。因而為了增大自由度，提高F檢驗的靈敏度，在進行顯著性檢驗之前，先將各因素和交互作用的方差與誤差方差比較，若MS因氣囊轉(zhuǎn)速氣囊內(nèi)部壓力 拋光液濃度。氣囊的轉(zhuǎn)速對拋光去除率的影響。在其它因素保持不變的情況下, 隨著拋光頭轉(zhuǎn)速的增加, 材料去除率逐漸增大。這是因為拋光頭轉(zhuǎn)速增大時, 拋光區(qū)內(nèi)的相對線速度隨之增加, 根據(jù)磨粒磨損理論, 磨粒作用在工件表面上所產(chǎn)生的劃痕距離也將增大, 材料去除量增加, 因此拋光效率可得到逐漸的增加。此外根據(jù)流體力學(xué)的原理, 當(dāng)拋光頭轉(zhuǎn)速增加

6、時, 拋光液的循環(huán)速度也將加快, 這不僅使拋光區(qū)內(nèi)的流體動壓力增大, 而且水解作用也更為充分,因此拋光效率可得到相應(yīng)的提高。 研究二: 平面工件氣囊拋光的粗糙度實驗研究實驗分析-下面對試驗結(jié)果運用MiniTab進行分析注：前兩步同上（3）把試驗結(jié)果輸入到響應(yīng)的表格中（4） 響應(yīng)數(shù)據(jù)選取“表面粗糙度”；圖形選項中主效應(yīng)圖選擇“均值”；分析選項中，效應(yīng)表選“均值” 水平 下陷量 氣囊內(nèi)部壓力 拋光頭轉(zhuǎn)速 拋光液濃度 1 1.228 1.956 1.745 2.003 2 1.687 1.966 2.008 1.951 3 2.988 1.982 2.151 1.950Delta 1.760 0.0

7、26 0.405 0.054 排秩 1 4 2 3R1.7630.0260.4030.052方差分析： 現(xiàn)將因素C3并入誤差方差，運行軟件：從正交實驗的方案及最終3結(jié)果可以看出, 各個因素對表面粗糙度影響的主次關(guān)系是: 氣囊壓縮量 氣囊旋轉(zhuǎn)速度 氣囊充氣壓力 拋光液濃度。氣囊壓縮量與表面粗糙度之間的關(guān)系。由拋光理論可以知道, 拋光時磨料被壓進工件和拋光墊的表面, 在工件表面上產(chǎn)生劃痕, 相互交叉的劃痕形成了表面粗糙度。因此在微觀上, 磨料壓入工件的深度與工件表面粗糙度有關(guān)。但對于氣囊的柔性來說, 在一開始?xì)饽覊嚎s量較小的情況下, 氣囊施加到磨粒上的壓力并不與氣囊壓縮量成比例增加, 工件表面粗糙

8、度值增大的幅度較小。當(dāng)氣囊壓縮量繼續(xù)增加時, 氣囊作用在工件表面上的正壓力隨之增大,氣囊對磨粒的作用力增大較快, 磨粒壓入工件表面的深度加深, 磨粒對工件表面產(chǎn)生的劃痕深度也增加, 工件表面的拋光痕跡更為明顯, 表面粗糙度值增大。從前述的影響氣囊拋光因素的實驗結(jié)果分析可知, 提高材料去除效率和降低表面粗糙度對拋光因素的取值是相矛盾的。按照提高材料去除效率選取加工參數(shù), 會引起表面粗糙度值的增大; 而按照降低表面粗糙度值選取加工參數(shù), 會帶來材料去除效率的下降?？傊? 要根據(jù)拋光工藝的要求, 在既可以保證拋光效率高, 又可以保證最終的表面粗糙度的前提下,合理地綜合確定拋光工藝參數(shù), 以期達(dá)到理想的效果。本節(jié)綜合考慮了影響材料去除效率和表面粗糙度的因素, 以便合理地選擇拋光的工藝參數(shù)。氣囊壓縮量和氣囊旋轉(zhuǎn)速度是影響拋光效率和表面粗糙度的主要因素, 針對粗拋光, 可選擇較大的氣囊壓縮量和較快的氣囊旋轉(zhuǎn)速度。針對精拋光可選擇較小的氣囊壓縮量, 使氣囊旋轉(zhuǎn)速度可快可慢。粗糙度綜合參數(shù)實驗采用了兩步的拋光方法。第一步粗拋用于快速去除粗磨加工表面所留下的凸凹層和變質(zhì)層, 在保證一定表面粗糙度的前提下, 提高拋光效率; 第二步精拋以提高表面粗糙度為主, 最終達(dá)到鏡面的拋光質(zhì)量