正交试验分析论文Word文档下载推荐.docx
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气囊抛光工艺参数的正交实验分析
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
（
）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（530mm@5mm）,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。
研究一:
平面工件气囊抛光去除效率实验研究
实验分析----下面对试验结果运用MiniTab进行分析
（1）创建田口实验
（2）选择3水平4因素的L9（
）的田口设计
（3）把试验结果输入到响应的表格中
（4）进行田口试验分析
（5）响应数据选取“去除效率”；
图形选项中主效应图选择“均值”；
分析选项中，效应表选“均值”
6）得到“去除效率”的分析结果
气囊压缩量气囊内部压力气囊转速抛光液浓度
水平
13.9675.3805.0475.407
25.4735.5935.4075.593
37.1605.6276.1475.600
Delta3.1930.2471.1000.193
排秩1324
R
3.19
0.25
1.10
0.19
方差分析：
去除效率的方差分析，在检验中使用调整的SS
来源自由度SeqSSAdjSSAdjMSFP
气囊压缩量215.312315.31237.6561211.890.005
气囊内部压力20.10750.10750.05371.490.402
气囊转速21.88721.88720.943626.110.037
误差20.07230.07230.0361
合计817.3792
S=0.190088R-Sq=99.58%R-Sq（调整）=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。
现将因素C3并入误差方差，运行软件：
去除效率的方差分析，在检验中使用调整的SS
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
S=0.699905R-Sq=88.73%R-Sq（调整）=77.45%
通过正交实验分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验研究
注：
前两步同上
（4）响应数据选取“表面粗糙度”；
水平下陷量气囊内部压力抛光头转速抛光液浓度
11.2281.9561.7452.003
21.6871.9662.0081.951
32.9881.9822.1511.950
Delta1.7600.0260.4050.054
排秩1423
1.763
0.026
0.403
0.052
现将因素C3并入误差方差，运行软件：
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>
气囊压缩量与表面粗糙度之间的关系。
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.
[3]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.
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