用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法優(yōu)化刀具設(shè)計(jì)_馬紅英

1、用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法優(yōu)化刀具設(shè)計(jì)Applications on neural network and expert system controller馬紅英，趙曉平MA Hong-ying, ZHAO Xiao-ping（石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，石家莊 050081）摘 要：以圓孔拉刀設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法在刀具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提出了基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的專(zhuān)用刀具設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。關(guān)鍵詞：正交試驗(yàn)；專(zhuān)用刀具；優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-0134(2010)06-0232-02Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2010.06.760

2、 引言在生產(chǎn)中，專(zhuān)用刀具需根據(jù)被加工件的工藝要求專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。而在設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)由于參數(shù)選擇不恰當(dāng)，造成校驗(yàn)不合格的情況，這就需要反復(fù)計(jì)算，直至合格。在此過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)為了指標(biāo)合格，某參數(shù)只能選取極端值，盡管校驗(yàn)合格，但選定的參數(shù)不一定是最優(yōu)。要找到最優(yōu)的參數(shù)組合，就需要多次反復(fù)計(jì)算和試驗(yàn)，在有多因素影響時(shí)，就更難確定合理的參數(shù)值。這使得專(zhuān)用刀具的設(shè)計(jì)工作量大、繁瑣，設(shè)計(jì)質(zhì)量不高，效率低下。本文采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法來(lái)安排計(jì)算，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。選擇出理論最優(yōu)值，再進(jìn)行試制試用，這樣就大大縮短了刀具設(shè)計(jì)和試制的周期，既提高了刀具設(shè)計(jì)質(zhì)量，又提高了刀具生產(chǎn)效率。最終達(dá)到優(yōu)化刀具設(shè)計(jì)的目的。

3、用正交試驗(yàn)優(yōu)化刀具設(shè)計(jì)過(guò)程。1）試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)正交試驗(yàn)，找出在滿(mǎn)足拉刀強(qiáng)度要求的前提下，刀具參數(shù)的最優(yōu)值。使刀具既符合工作性能要求，又節(jié)約材料，降低成本。2）確定因素、水平和指標(biāo)2.1 試驗(yàn)指標(biāo)和因素的選取在圓孔拉刀設(shè)計(jì)中，需要校驗(yàn)的指標(biāo)主要有：容屑條件、同時(shí)工作齒數(shù)、拉刀強(qiáng)度、拉床載荷和拉刀長(zhǎng)度等。根據(jù)各指標(biāo)影響因素的繁簡(jiǎn)以及是否容易達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)選取容屑條件(h)、同時(shí)工作齒數(shù)(ze)、拉應(yīng)力()、拉刀長(zhǎng)度(L)四項(xiàng)為試驗(yàn)指標(biāo)。影響因素主要有：拉刀材料（許用應(yīng)力()、粗切齒齒升量(af)和粗切齒齒距(p)三項(xiàng)。其他影響較小，或?qū)υ囼?yàn)指標(biāo)無(wú)直接影響的因素忽略。2.2 水平的確定為了便于衡量各

4、因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響，選取設(shè)計(jì)手冊(cè)提供的經(jīng)驗(yàn)值范圍的中間值為基本量，每個(gè)參數(shù)以此為基準(zhǔn)上下變動(dòng)。每個(gè)因素的水平數(shù)取3，試驗(yàn)因素水平如表1所示。表1 試驗(yàn)因素水平表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單說(shuō)，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)就是用正交表確定試驗(yàn)方案，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。正交試驗(yàn)的試驗(yàn)點(diǎn)有如下兩個(gè)條件：1） 任一因素的諸水平做相同數(shù)目的試驗(yàn)；2）任兩個(gè)因素的水平組合做相同數(shù)目的試驗(yàn)1。這就使得用正交表安排的試驗(yàn)有很好的代表性，同時(shí)，大大減少了試驗(yàn)次數(shù)。將正交試驗(yàn)法應(yīng)用在刀具設(shè)計(jì)中，既可以避免一些無(wú)謂的計(jì)算，同時(shí)可以找到刀具參數(shù)的最佳組合，不必盲目地試數(shù)計(jì)算，優(yōu)化了設(shè)計(jì)過(guò)程。2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法在刀具設(shè)計(jì)中的應(yīng)

5、用下面，以圓孔拉刀設(shè)計(jì)為例，來(lái)說(shuō)明如何應(yīng)表中各因素水平值，以拉削某箱體上一通孔為例，數(shù)值的具體選取和下文中的計(jì)算過(guò)程本文從略。3 試驗(yàn)結(jié)果及分析收稿日期：2010-02-23作者簡(jiǎn)介：馬紅英（1974），女，山東菏澤人，講師，學(xué)士，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造及自動(dòng)化?！?32】 第32卷 第6期2010-63.1 試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)以上分析可以知道這是一個(gè)3因素3水平的試驗(yàn)，可選用L9(34)型正交表，內(nèi)容如表2所示。由正交設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)矩陣可得到9種設(shè)計(jì)變量組合，每種參數(shù)組合計(jì)算后，將結(jié)果列入表2中。表2列出了每項(xiàng)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)變量取值及試驗(yàn)結(jié)果。分析表2計(jì)算結(jié)果，排除容屑條件不滿(mǎn)足要求的項(xiàng)，可以認(rèn)為以2號(hào)試驗(yàn)為

6、最好，既滿(mǎn)足容屑條件、同時(shí)工作齒數(shù)和拉應(yīng)力要求，又使得拉刀長(zhǎng)度最短。表2 正交試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果1）由表3中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀分析，可得：R3R2R1，故齒距p是影響拉刀長(zhǎng)度最主要的因素，其次是齒升量af，拉刀材料對(duì)拉刀長(zhǎng)度的影響最小。2）將3個(gè)因素的3個(gè)平均拉刀長(zhǎng)度做點(diǎn)圖。注：帶*的為容屑條件不滿(mǎn)足要求3.2 極差分析直觀分析是通過(guò)計(jì)算將因子和水平對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的大小用圖形表示出來(lái)，通過(guò)直觀分析綜合比較，確定最優(yōu)試驗(yàn)方案。在此例中，將拉刀長(zhǎng)度作為單指標(biāo)試驗(yàn)，進(jìn)行極差分析。表3 正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析分析點(diǎn)圖，可以知道：拉刀材料對(duì)拉刀長(zhǎng)度幾乎沒(méi)有影響；齒升量越大，拉刀長(zhǎng)度越?。积X距越小，拉刀長(zhǎng)度越小。

7、3）通過(guò)上述分析，可知：選擇拉刀材料時(shí)，只要滿(mǎn)足應(yīng)力要求，為降低成本，盡可能選價(jià)格低的；然后選一盡可能大的齒升量，并配以盡可能小的齒距值。而過(guò)大的齒升量和過(guò)小的齒距配合，往往會(huì)不滿(mǎn)足校核要求。采用正交表安排的9個(gè)試驗(yàn)是全面試驗(yàn)的27種搭配中的代表，用正交表的9個(gè)試驗(yàn)，就能把27種搭配中較好的找出來(lái)，這正是正交表的優(yōu)點(diǎn)。4 結(jié)論通過(guò)利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法來(lái)安排刀具的設(shè)計(jì)計(jì)算，有效的簡(jiǎn)化了刀具設(shè)計(jì)計(jì)算的過(guò)程，同時(shí)找到了影響刀具性能的各參數(shù)的最佳組合。以此進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，再進(jìn)行試制試用，達(dá)到了優(yōu)化刀具設(shè)計(jì)的目的。參考文獻(xiàn)：1 劉達(dá)民,程巖.應(yīng)用統(tǒng)計(jì).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.2 劉華明.金屬切削刀具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社