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        基于回歸分析方法的工件表面質(zhì)量影響因素研究

        2015-10-22 12:47:23于慶東
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2015年24期

        于慶東

        摘 要:隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。這就對(duì)零件表面的物理和幾何性能提出了非??量痰囊?。研究機(jī)械加工表面質(zhì)量的目的就是為了掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)加工表面質(zhì)量影響的規(guī)律,以便運(yùn)用這些規(guī)律來(lái)控制加工過(guò)程,最終達(dá)到改善表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用性能的目的。該文根據(jù)切削過(guò)程工件表面質(zhì)量影響因素,設(shè)計(jì)了合理的實(shí)驗(yàn)方案,研究了切削參數(shù)與表面質(zhì)量之間的關(guān)系,采用線性回歸分析方法,建立切削參數(shù)和表面粗糙度的關(guān)系模型。

        關(guān)鍵詞:表面質(zhì)量 切削 回歸分析 表面粗糙度

        中圖分類號(hào):TG84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2015)08(c)-0050-02

        產(chǎn)品的性能,尤其是它的可靠性和耐久性,在很大程度上取決于零件表面層的質(zhì)量。加工過(guò)程中影響加工表面質(zhì)量的各種工藝因素,通過(guò)改變這些因素從而改善工件表面質(zhì)量,提高產(chǎn)品的使用性能及對(duì)未來(lái)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。呂宣政[1]、盧秉恒[2]等人指出切削參數(shù)中切削速度,進(jìn)給量,背吃刀量對(duì)工件表面質(zhì)量影響較為顯著。田欣利[3]等人利用回歸分析方法對(duì)高速銑削鋁合金工件表面粗糙度進(jìn)行預(yù)測(cè),并對(duì)回歸模型及系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),結(jié)果表明,背吃刀量對(duì)表面粗糙度影響顯著,而切削速度和進(jìn)給量影響不顯著。

        該文以表面粗糙度作為衡量表面質(zhì)量的指標(biāo),采用單因素試驗(yàn)法,研究切削用量要素中單一要素變化對(duì)工件表面 粗糙度的影響規(guī)律以及相同切削條件下不同材料對(duì)表面粗糙度規(guī)律的影響規(guī)律,并利用SPSS軟件進(jìn)行多元線性回歸分析,研究切削參數(shù)與表面質(zhì)量之間的關(guān)系。

        1 切削實(shí)驗(yàn)

        1.1 試驗(yàn)方法

        本試驗(yàn)選用CGK6125數(shù)控機(jī)床和MCGNR2020K12精車刀刀具,車削加工直徑為16mm的QAL9-4鋁青銅棒料,通過(guò)改變切削參數(shù)得到不同質(zhì)量的工件表面,隨后將在機(jī)床中加工好的工件在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行粗糙度表面測(cè)量。將表面粗糙度測(cè)量?jī)x放在工件被測(cè)表面上,由儀器內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)傳感器沿被測(cè)表面做等速滑行,傳感器通過(guò)內(nèi)置的銳利觸針感受被測(cè)表面的粗糙度,引起觸針產(chǎn)生位移,使相敏整流器的輸出端產(chǎn)生與被測(cè)表面粗糙度成比例的模擬信號(hào),該信號(hào)經(jīng)過(guò)儀器的整合最終會(huì)在儀器的液晶顯示屏中讀出。在此過(guò)程中設(shè)計(jì)試驗(yàn)參數(shù)以及測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

        1.2 實(shí)驗(yàn)分析

        試驗(yàn)結(jié)果有關(guān)計(jì)算如表2。

        根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以做出的線形關(guān)系圖,如圖1、圖2、圖3所示。橫坐標(biāo)為切削參數(shù)(切削速度V、進(jìn)給量f、背吃刀量ap),縱坐標(biāo)為表面粗糙度值。

        2.多元線性回歸數(shù)學(xué)模型

        2.1 建立模型

        在切削過(guò)程中,切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量對(duì)表面粗糙度影響十分顯著。但就目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,由于切削參數(shù)、切削材料、刀具等的綜合效應(yīng),很難在切削參數(shù)與表面粗糙度間做出定量分析。Tipnis[4]等人在1976年提出了一個(gè)表面粗糙度的實(shí)驗(yàn)?zāi)P停?/p>

        (1)

        進(jìn)行表面粗糙度的研究。且Aluaddni[5]等人在1995年利用這個(gè)模型進(jìn)行多因素實(shí)驗(yàn)的研究分析,發(fā)現(xiàn)此預(yù)測(cè)模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間有著良好的相互關(guān)系。因此,該文采用式(1)所示經(jīng)驗(yàn)公式。由于式(1)為非線性函數(shù),將式子取對(duì)數(shù)建立數(shù)學(xué)模型

        (2)

        2.2 回歸模型的分析結(jié)果

        表3為回歸分析模型結(jié)果。由表3可知,依據(jù)該表可進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn),由于模型中具有多個(gè)解釋變量,因此應(yīng)參考調(diào)整的判定系數(shù)。模型調(diào)整的判定系數(shù)為0.941,即可認(rèn)為模型的擬合優(yōu)度較大,被解釋變量可以被模型解釋的部分較多,未能被解釋的部分較少。

        由表4可知,模型被解釋變量的總離差平方和為2.584,回歸平方和及均方分別為2.431和0.810,剩余平方和及均方分別為0.153和0.031。F檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的觀測(cè)值為26.513,對(duì)應(yīng)的概率P值為0.000,小于顯著性水平0.05,應(yīng)拒絕回歸方程顯著性檢驗(yàn)的零假設(shè),認(rèn)為模型中的各偏回歸系數(shù)不同時(shí)為0,被解釋變量與解釋變量全體的線性關(guān)系是顯著的,可建立線性模型。

        由表5可知,在模型中,切削速度對(duì)工件表面粗糙度具有負(fù)向的影響作用,影響的回歸系數(shù)為-0.006,系數(shù)顯著性檢驗(yàn)的t值-2.701,對(duì)應(yīng)的概率P值為0.026,小于顯著性水平0.05,應(yīng)拒絕檢驗(yàn)的零假設(shè),可認(rèn)為切削速度對(duì)工件表面粗糙度的負(fù)向影響作用是具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的,即b1=-0.006。

        進(jìn)給量對(duì)工件表面粗糙度具有正向的影響作用,影響的回歸系數(shù)為1.560,系數(shù)顯著性檢驗(yàn)的t值3.418,對(duì)應(yīng)的概率P值為0.011,小于顯著性水平0.05,應(yīng)拒絕檢驗(yàn)的零假設(shè),可認(rèn)為進(jìn)給量對(duì)工件表面粗糙度的正向影響作用是具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的,即b2=1.560。

        背吃刀量對(duì)工件表面粗糙度具有負(fù)向的影響作用,影響的回歸系數(shù)為-3.018,系數(shù)顯著性檢驗(yàn)的t值-11.253,對(duì)應(yīng)的概率P值為0.000,小于顯著性水平0.05,應(yīng)拒絕檢驗(yàn)的零假設(shè),可認(rèn)為背吃刀量對(duì)工件表面粗糙度的負(fù)向影響作用是具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的,即b3=-3.018。

        模型的多元回歸方程為:Ra=3.502-0.006 Vc+1.560f-3.018 ap。由此方程可知,切削速度、背吃刀量對(duì)工件表面粗糙度均具有負(fù)向的影響作用,即切削速度、背吃刀量提高1個(gè)百分點(diǎn),那么工件表面的粗糙度將分別下降0.006、3.018個(gè)百分點(diǎn);進(jìn)給量對(duì)工件表面粗糙度具有正向的影響作用,即進(jìn)給量提高1個(gè)百分點(diǎn),那么工件表面的粗糙度將上升1.560個(gè)百分點(diǎn)。

        與此同時(shí)通過(guò)以上3個(gè)進(jìn)給量,切削速度,背吃刀量與工件表面粗糙度的二維圖中可以發(fā)現(xiàn)進(jìn)給量對(duì)工件表面粗糙度的影響很小,幾乎可以忽略不計(jì),所以通過(guò)建立粗糙度,切削速度,背吃刀量3個(gè)變量建立三維圖如圖4所示。

        通過(guò)圖4可以發(fā)現(xiàn),在圖4的九組數(shù)據(jù)中,對(duì)應(yīng)粗糙度最小的一組數(shù)據(jù)為(100,0.5)。由此得出結(jié)論,在進(jìn)給量0.1~0.2 mm/r的范圍內(nèi),切削速度為100 m/min,背吃刀量為0.5 mm時(shí),粗糙度影響最小。

        3 結(jié)論

        該文利用SPSS軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元線性回歸分析,研究切削參數(shù)與表面質(zhì)量之間的關(guān)系,得出結(jié)論如下。

        (1)利用MATLAB軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸分析,得到鋁青銅QAl9-4表面粗糙度預(yù)測(cè)模型為:Ra=3.502-0.006Vc +1.560f -3.018ap。

        (2)由多元回歸方程可知,切削速度、背吃刀量對(duì)表面粗糙度有負(fù)向影響作用,進(jìn)給量有正向影響作用。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 呂宣政.機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響[J].池州師專學(xué)報(bào),2003(3):52-53.

        [2] 盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

        [3] 田欣利,佘安英.基于回歸分析方法的銑削表面粗糙度預(yù)測(cè)模型的建立[J].機(jī)械制造與機(jī)床,2008(11):101-104.

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        [5] M.Alauddin,M.A.EI Baradie,M.S.J.Hashmi.Computer-aided analysis of a surface-roughness model for end milling[J].Journal of Materials Processing Technology,1995(55):123~127.

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