黃玉貴

（200093 上海市 上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院）

0 引言

隨著我國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展，制造目標(biāo)從追求數(shù)量向追求精度轉(zhuǎn)變，對(duì)加工質(zhì)量提出了更高的要求[1]，表面粗糙度的測(cè)量技術(shù)也有著長(zhǎng)足的進(jìn)步，這為研究表面質(zhì)量提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)條件，SPSS 等數(shù)學(xué)分析軟件為研究回歸問(wèn)題提供了智能化的運(yùn)算方案。

本文通過(guò)銑削正交實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)不同水平的銑削參數(shù)來(lái)對(duì)鋁制工件進(jìn)行加工并且測(cè)量其粗糙度，通過(guò)SPSS 軟件進(jìn)行多元非線性回歸分析得出鋁塊銑削加工表面粗糙度模型。

1 表面質(zhì)量的評(píng)價(jià)

表面粗糙度作為評(píng)價(jià)加工零件表面質(zhì)量的重要指標(biāo)，通常可以用來(lái)評(píng)價(jià)加工零件表面質(zhì)量的好壞。零件加工質(zhì)量的好壞直接影響其裝配精度、疲勞強(qiáng)度以及使用壽命，因此提高零件加工表面質(zhì)量在制造業(yè)中有著舉足輕重的作用。

一般條件下，表面粗糙度是由加工過(guò)程中的加工參數(shù)以及一些其他不確定性因素決定的，例如加工過(guò)程中刀具的振動(dòng)導(dǎo)致的工件表面的磨損，排屑時(shí)引起的金屬表面的劃傷等[2]。

我國(guó)對(duì)于表面粗糙度的評(píng)價(jià)采用有輪廓的平均算法偏差（Ra）以及不平度平均高度（Rz）這兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)為主[3]。本文以Ra這一指標(biāo)為主要研究目標(biāo)，研究路線如圖1 所示。

2 銑削實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及表面粗糙度測(cè)量

2.1 銑削正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)四因素三水平的銑削正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)基于沈陽(yáng)機(jī)床廠的立式加工中心VMC850E 進(jìn)行，選取的工件是150 mm×50 mm×30 mm 的鋁塊，選取主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、背吃刀量、側(cè)吃刀量這4 個(gè)切削參數(shù)作為4 個(gè)因素。建立表1 的四因素三水平表。圖2 是立式加工中心VMC850E。

2.2 表面粗糙度測(cè)量

本次實(shí)驗(yàn)基于艾力tr200 表面粗糙度測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，一共27 組正交實(shí)驗(yàn)，測(cè)量前需要對(duì)測(cè)量?jī)x進(jìn)行校準(zhǔn)[4]，每組實(shí)驗(yàn)測(cè)量4 次，然后取平均值。圖3 包括表面粗糙度測(cè)量傳感器、待測(cè)工件以及正在測(cè)量的工件。

圖3 表面粗糙度測(cè)量Fig.3 Surface roughness measurement

2.2.1 艾力tr200 表面粗糙度測(cè)量?jī)x原理

將傳感器放置在被測(cè)物體表面，儀器內(nèi)部電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳感器在被測(cè)物體表面做勻速運(yùn)動(dòng)，物體表面的粗糙度引起傳感器內(nèi)部的觸針發(fā)生位移，這個(gè)位移使得傳感器電感線圈的電感量發(fā)生變化，從而使得輸出端產(chǎn)生與被測(cè)表面粗糙度成一定比例關(guān)系的模擬信號(hào)，該信號(hào)被放大后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集好的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和參數(shù)計(jì)算，結(jié)果在液晶顯示器上顯示，或者與PC 機(jī)進(jìn)行通訊[5]。

2.2.2 表面粗糙度測(cè)量結(jié)果

表面粗糙度測(cè)量結(jié)果如表2 所示。

表2 表面測(cè)量結(jié)果Tab.2 Surface measurement results

（續(xù)表）

3 表面粗糙度預(yù)測(cè)模型建立

數(shù)控加工過(guò)程中的表面粗糙度模型變量包括主軸轉(zhuǎn)速N、每齒進(jìn)給量f z、背吃刀量Ap以及側(cè)吃刀量Ae，因變量是粗糙度Ra，具體模型為[6]：

式中：a，b，c，d，e——擬合常數(shù)。

由于本文中銑削正交實(shí)驗(yàn)采用的是進(jìn)給速度變量，所以要將進(jìn)給速度轉(zhuǎn)化為每齒進(jìn)給量，這里依據(jù)式（2）換算[7]：

式中：fz——每齒進(jìn)給量；f——進(jìn)給速度；N——主軸轉(zhuǎn)速；Z——刀具齒數(shù)。

利用SPSS 軟件進(jìn)行多元非線性回歸分析得出各個(gè)參數(shù)的值，如表3 所示。

表3 參數(shù)估算值Tab.3 Estimated values of parameters

預(yù)測(cè)模型具體表示為

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)正交銑削實(shí)驗(yàn)以及表面粗糙度的測(cè)量完成了鋁塊表面粗糙度數(shù)據(jù)的采集工作，通過(guò)SPSS 軟件對(duì)表面粗糙度以及切削參數(shù)進(jìn)行多元非線性回歸擬合得出鋁塊的表面粗糙度預(yù)測(cè)模型，為研究數(shù)控加工過(guò)程中切削參數(shù)對(duì)表面質(zhì)量的影響提供了一定的思路。