正交试验分析论文

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1、试验设计与分析结课论文姓名：学号：班级：10 机制（3）班 院系：机械电气工程学院2013年6月8日摘要：针对平面光学零件，以抛光去除率和表面粗糙度为考核指标，应用 正交试验法分析了气囊抛光过程中的主要工艺参数，包括抛光工具气囊的压缩 量、气囊转速、气囊内部充气压力、抛光液的浓度对抛光去除效率和表面粗糙度 的影响规律.结合气囊抛光的抛光机理对其进行了分析，根据实验结果对工艺参 数进行了优化，并进行了综合参数的气囊抛光加工实验，获得了超精密光滑的 表面。关键词：气囊抛光、正交实验、材料去除率、表面粗糙度实验设计1）因素设计本实验采用的是正交实验方法，目的是要确定气囊抛光的主要工艺参数（因 素）对

2、抛光效率（指标）的影响规律，并在此基础上确定出最优的参数组合. 实验中考虑了四个主要因素，即气囊的压缩量、气囊转速、气囊内部压力（充 气压力）、抛光液的浓度。2）因素水平设计每个因素选择三个水平，本实验为4因素3水平的正交试验，选用L（ 34） 正交表，如表1所示.实验方案如表2所示。工件材料选用平面BK7光学玻璃 530mm5mm）,抛光材料为氧化铈抛光粉。具体实验方法是：工件静止不 动，气囊以一定的转速在工件上定点抛光，抛光10min，形成一个椭圆形的抛光 区；采用2302型轮廓仪对抛光后的表面进行测量，并计算出单位时间内的材料 去除量.表1各因素的取值水平因素气囊压缩* A / mm充气

3、压力气囊转速C r/ min）抛光液浓度D/%取10. 1154005值? 水-0. 22()60010T 30. 3258O15研究一：平面工件气囊抛光去除效率实验研究实验分析一-下面对试验结果运用MiniTab进行分析（1）创建田口实验文Hi已 卿旧 舞迦 计：sg 绕计賀 旻祸J工具 怎匚曲 SfetjiH）存此込I：，If2013/6/11 0：S欢:坐泌丙HinLtaE咸n缺像普关圣匹洗卍至:R: 回扫国 方君出他DOE ED卜 号全工詛回卜可据性.，生杭J卜宰坯凶）卜刃习钢1；圍SSCD卜非妻歆射卜EDA（E）氐曲;U詳够邑论：，.卜d百塾年自飼为曲蜃|圏色目子旧陶应 etaifi

4、j訥凶f田口 2爲昵涵十陋 盅蓟滤计!：，T兰圭支EEZH5地3”,百芬折压匚计辿j.O c旦已31 xTj儘紙庄匚箔盜曲.,.（2）选择3水平4因素的L9（34）的田口设计r丙犬叩设计(2炖j小平设计巨）2r 4水平谱计go2r水即设计助C?r温吕水平违计血JftbLI一股线性克型气妻JE缩里气妻冋部压力气異牴速随机因子團:*T响应 去瞬逊車模鈕）：砺里离页迂FE较|去除效率的方差分析，在检验中使用调整的SS来源自由度Seq SSAdj SSAdj MSFP气囊压缩量215.312315。31237。6561211。890.005气囊内部压力20.10750.10750。 05371.490

5、.402气囊转速21.88721。 88720。 943626.110.037误差20.07230。 07230。 0361合计817。 3792S = 0.190088RSq=99.58%RSq（调整）二98。34%方差分析结果，和手工计算结果相同，原论文中考虑到因素C的均方与误差 的结果相差不多，两者相比结果为0.03,小于0.1.因而为了增大自由度，提高F检验 的灵敏度，在进行显著性检验之前，先将各因素和交互作用的方差与误差方差比 较，若MS因2MSe，可将这些因素或交互作用的偏差平方和、自由度并入误差 的偏差平方和、自由度，这样使误差的偏差平方和和自由度增大，提高了 F检验 的灵敏度。

6、现将因素C3并入误差方差，运行软件:C1C2C3C4C5里圧眶 Ida滴效 i光除 lmM去气龚広缩里气妻内部広力丨随机因子 -晌应电古薛效窣，模型迦:帝疫里 一 隹顷玮匕较 一 选样因子囹（A）-.帮助去除效率的方差分析，在检验中使用调整的SS来源自由度Seq SSAdj SSAdj MSFP气囊压缩量215.312315.31237。 656115.630。013气囊内部压力20.10750.10750。 05370。110.899误差41。 95951。 95950.4899合计817。 3792S = 0.699905RSq=88。 73%RSq （调整）二 77。45%通过正交实验分

7、析各组实验的结果和极差可以看出各个因素对指标的影响 趋势。对抛光效率影响的主次关系为:气囊压缩量气囊转速气囊内部压力抛 光液浓度。气囊的转速对抛光去除率的影响。在其它因素保持不变的情况下，随 着抛光头转速的增加，材料去除率逐渐增大.这是因为抛光头转速增大时，抛 光区内的相对线速度随之增加，根据磨粒磨损理论，磨粒作用在工件表面上所 产生的划痕距离也将增大，材料去除量增加，因此抛光效率可得到逐渐的增加. 此外根据流体力学的原理，当抛光头转速增加时，抛光液的循环速度也将加快, 这不仅使抛光区内的流体动压力增大，而且水解作用也更为充分，因此抛光效率 可得到相应的提高.研究二：平面工件气囊抛光的粗糙度实

8、验研究实验分析-下面对试验结果运用MiniTab进行分析注：前两步同上（3）把试验结果输入到响应的表格中H工诈恚1 *IClC2C3C4C5下略里气弄内部压力握光头转邃握光液浓度表面粗權度421231.697522311.903623121.462731323. 142832132.745933213.0784）响应数据选取“表面粗糙度”；图形选项中主效应图选择“均值；分析选 项中，效应表选“均值”水平下陷量气囊内部压力抛光头转速抛光液浓度11.2281.9561.7452。00321。6871。9662。0081.95132。9881.9822.1511.950Del ta1.7600。02

9、60。4050。054排秩1423R1.7630.0260.4030。052方差分析:I光线性模萨翻曙 与 下陷量.气轟内制压力.抽光头转速 二317 2; 33 麴粗頤的疇評，在检的険用调整的S = .0530126Swq SS25.000302 0. 0010620.2536420.0056285.26121E-Sa = 99.89%Adj SS 5.00008 0.00106 0.253&4 0.00562SSAdj MS2.500440.000530.12&320.002818S9. 73 . 1945. 13F o.oai 0.841 0.022R-Si （调整）二现将因素C3并入误

10、差方差，运行软件:_呛程性除型响应：r表面粗糙度-协衰里m柿山I般钱性模型：表面祖梶廃与下陷量，气義内部压力部压力0. 254590碧矍水平数值3 I 2. 3M31,乙 3在检验中建用调整的ssAlj HS2.50040.00050.0648旨由度Se q SS 5.00090. 00110.25935.261295. on皿SS 5.0009 0.0011 0.2593R-Sq (调整)F P36.58 0. 0020.010.99290.14K从正交实验的方案及最终3结果可以看出，各个因素对表面粗糙度影响的主 次关系是：气囊压缩量气囊旋转速度气囊充气压力抛光液浓度.气囊压 缩量与表面粗糙

11、度之间的关系。由抛光理论可以知道，抛光时磨料被压进工件和 抛光垫的表面，在工件表面上产生划痕，相互交叉的划痕形成了表面粗糙度。 因此在微观上，磨料压入工件的深度与工件表面粗糙度有关.但对于气囊的柔性 来说， 在一开始气囊压缩量较小的情况下， 气囊施加到磨粒上的压力并不与气 囊压缩量成比例增加, 工件表面粗糙度值增大的幅度较小。当气囊压缩量继续增 加时， 气囊作用在工件表面上的正压力随之增大，气囊对磨粒的作用力增大较 快, 磨粒压入工件表面的深度加深, 磨粒对工件表面产生的划痕深度也增加 , 工 件表面的抛光痕迹更为明显, 表面粗糙度值增大。从前述的影响气囊抛光因素的实验结果分析可知 , 提高材

12、料去除效率和降 低表面粗糙度对抛光因素的取值是相矛盾的.按照提高材料去除效率选取加工参 数, 会引起表面粗糙度值的增大; 而按照降低表面粗糙度值选取加工参数，会带 来材料去除效率的下降。总之, 要根据抛光工艺的要求, 在既可以保证抛光效率 高, 又可以保证最终的表面粗糙度的前提下,合理地综合确定抛光工艺参数， 以 期达到理想的效果。本节综合考虑了影响材料去除效率和表面粗糙度的因素, 以 便合理地选择抛光的工艺参数。气囊压缩量和气囊旋转速度是影响抛光效率和表 面粗糙度的主要因素 , 针对粗抛光， 可选择较大的气囊压缩量和较快的气囊旋 转速度。针对精抛光可选择较小的气囊压缩量， 使气囊旋转速度可快可慢。粗 糙度综合参数实验采用了两步的抛光方法。第一步粗抛用于快速去除粗磨加工表 面所留下的凸凹层和变质层，在保证一定表面粗糙度的前提下，提高抛光效率; 第二步精抛以提高表面粗糙度为主， 最终达到镜面的抛光质量。,参考文献1侯化国，王玉民.正交试验法M.吉林：吉林人民出版社,1985。2高波。气囊抛光实验样机的研制及其关键技术的研究D。哈尔滨：哈 尔滨工业大学, 2005。林福严，曲敬信，陈华辉。磨损理论与抗磨技术M.北京：科学技术出 版社, 1993.