灰鐵件由于材料來(lái)源豐富、制造成本低、鑄造過(guò)程容易融化、鑄造性能好、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)而普遍應(yīng)用于電機(jī)端蓋的制造加工。對(duì)于灰鐵件來(lái)說(shuō)，表面粗糙度不僅直接影響鑄件的外觀是否精美，而且也會(huì)影響灰鐵件的使用壽命。端蓋是電機(jī)的重要零件，其軸承室的表面粗糙度是衡量端蓋質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，直接影響其與軸承的配合性、耐磨性、摩擦系數(shù)、疲勞強(qiáng)度和使用壽命等。對(duì)于電機(jī)端蓋來(lái)說(shuō)，端蓋軸承室表面粗糙度值越大，對(duì)軸承的摩擦磨損也越大，不僅在增加動(dòng)力消耗的同時(shí)導(dǎo)致軸承發(fā)熱，還降低了軸承的接觸剛度和定位精度；并且會(huì)增加應(yīng)力集中，導(dǎo)致軸承疲勞強(qiáng)度顯著降低。在車(chē)削加工工藝中，影響表面粗糙度的主要因素有工件材料、車(chē)削速度、進(jìn)給量、切削深度、機(jī)床性能、刀具類(lèi)型等[2]。本文主要研究刀具類(lèi)型和車(chē)削參數(shù)（切削線速度、切削深度、進(jìn)給量）對(duì)HT200端蓋的軸承室加工表面質(zhì)量的影響，旨在提升其表面粗糙度，滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求。1、試驗(yàn)思路在灰鐵件加工過(guò)程中，機(jī)床剛性、切削刀具以及切削幾何參數(shù)選擇等因素，均會(huì)影響灰鐵件加工的表面粗糙度[3]。為提高產(chǎn)品加工質(zhì)量，以同一批HT200端蓋為研究對(duì)象，采用正交試驗(yàn)法和多參數(shù)單變量試驗(yàn)法對(duì)端蓋軸承室加工表面質(zhì)量進(jìn)行試驗(yàn)，端蓋經(jīng)過(guò)粗加工、人工時(shí)效處理，通過(guò)變更精加工切削刀具類(lèi)型以及車(chē)削參數(shù)，檢測(cè)端蓋軸承室表面粗糙度值變化。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，研究刀具類(lèi)型和車(chē)削參數(shù)（切削線速度、切削深度、進(jìn)給量）對(duì)端蓋軸承室表面粗糙度的影響，從而獲得既滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求又使加工成本較低的最優(yōu)組合，再進(jìn)行該最優(yōu)組合的重復(fù)性試驗(yàn)，驗(yàn)證其可操作性和可重復(fù)性。2、正交試驗(yàn)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是多因素多水平研究的一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，它是一種分式析因方法，是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的點(diǎn)具備“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)。日本著名的統(tǒng)計(jì)學(xué)家田口玄一將正交試驗(yàn)選擇的水平組合列成表格，稱(chēng)為正交表。在生產(chǎn)和科研中，為研制新產(chǎn)品、改良工藝方法、尋求優(yōu)良的生產(chǎn)條件，需要做大量的試驗(yàn)。如果沒(méi)有正確的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，將使試驗(yàn)次數(shù)繁多，且得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不一定能全面揭示事物內(nèi)在的規(guī)律，從而無(wú)法達(dá)到試驗(yàn)效果，不能很好地指導(dǎo)產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法是目前最常用的工藝優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法之一，是部分因子設(shè)計(jì)的主要方法。正交試驗(yàn)以概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用標(biāo)準(zhǔn)化正交表格來(lái)合理地安排試驗(yàn)方法，并利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的原理科學(xué)地對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析，最終高效、快速、經(jīng)濟(jì)地找到優(yōu)化方案。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，能通過(guò)代表性很強(qiáng)的少數(shù)次試驗(yàn)，分析各個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響情況，確定影響因素的主次順序，找出較好的生產(chǎn)條件或最優(yōu)參數(shù)組合。3、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法合理設(shè)計(jì)正交表是正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證要點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：1）明確試驗(yàn)?zāi)康?，確定試驗(yàn)考核的指標(biāo)。首先需明確通過(guò)正交試驗(yàn)想要解決什么問(wèn)題，確定用來(lái)衡量試驗(yàn)效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法。本文試驗(yàn)的目的為：通過(guò)研究刀具類(lèi)型和車(chē)削參數(shù)（切削線速度、切削深度、進(jìn)給量）對(duì)端蓋軸承室表面粗糙度的影響，分析各個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響情況，確定影響因素的主次順序，找出較好的生產(chǎn)條件或最優(yōu)參數(shù)組合。評(píng)價(jià)指標(biāo)為刀具加工后的表面粗糙度值，檢測(cè)方法為使用專(zhuān)用粗糙度儀檢測(cè)。2）挑選因素，選水平。有依據(jù)地選擇導(dǎo)致評(píng)價(jià)指標(biāo)變化的影響因素，因素在試驗(yàn)中的各種狀態(tài)稱(chēng)為因素的水平，應(yīng)選擇適于控制和調(diào)節(jié)的影響因素，列出因素水平表。一般先通過(guò)單因素試驗(yàn)確定正交試驗(yàn)中選擇的因素和水平，再做正交試驗(yàn)考察因素間的交互作用。3）選擇合適的正交表。在能夠安排下試驗(yàn)因素和交互作用的前提下，盡可能選用較小的正交表，以減少試驗(yàn)次數(shù)和成本的消耗，本文試驗(yàn)選用L9（34）正交表。4）正交試驗(yàn)表頭設(shè)計(jì)。表頭設(shè)計(jì)即將試驗(yàn)因素安排到所選正交表的各列中去的過(guò)程。正交表中任意一列的位置是一樣的，可任意變換。因此，不考慮交互作用的情況下可直接將所有因素安排在任意一列；如果考慮交互作用，則必須按照交互作用表的規(guī)定進(jìn)行配列，重點(diǎn)考察的因素、涉及交互作用較多的因素應(yīng)優(yōu)先安排。5）試驗(yàn)方案。表頭設(shè)計(jì)完成后，將所選正交表中各列的不同數(shù)字換成對(duì)應(yīng)的水平，形成試驗(yàn)方案。試驗(yàn)方案中的試驗(yàn)號(hào)一般同時(shí)進(jìn)行，為排除外界環(huán)境干涉，應(yīng)使試驗(yàn)序號(hào)隨機(jī)化。6）開(kāi)始正交試驗(yàn)、記錄結(jié)果。按照隨機(jī)試驗(yàn)順序進(jìn)行試驗(yàn)，記錄測(cè)量結(jié)果，填入表中。7）正交試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析。正交設(shè)計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果分析主要有極差分析法（也稱(chēng)“直觀分析法”）和方差分析法。前者只考慮因素間的影響，不考慮試驗(yàn)誤差，后者是一種精細(xì)化分析方法。本文采用直觀分析法（極差分析法）。8）試驗(yàn)總結(jié)。4、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析按照正交表安排的試驗(yàn)方案進(jìn)行隨機(jī)試驗(yàn)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)置于正交表中即可進(jìn)行分析。一般正交試驗(yàn)采用極差分析和方差分析方法，以確定各因素水平的影響程度，最終找出最優(yōu)因素組合。極差分析的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行、直觀易懂，本文采用極差分析評(píng)價(jià)各因素對(duì)精加工后表面粗糙度的影響。4.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的步驟如下：1）明確試驗(yàn)指標(biāo)和影響因素，制定因素水平表。試驗(yàn)指標(biāo)：表面粗糙度。試驗(yàn)因素：A—刀具類(lèi)型、B—切削線速度、C—切削深度、D—進(jìn)給量。2）選擇正交表，設(shè)計(jì)表頭。正交表是一整套規(guī)格的設(shè)計(jì)表格，L為正交表代號(hào)，n為試驗(yàn)次數(shù)，t為水平數(shù)，c為列數(shù)（即可安排的最多因素個(gè)數(shù)）。正交表構(gòu)造需要用到組合數(shù)學(xué)和概率學(xué)知識(shí)，現(xiàn)在廣泛使用的Ln（tc）類(lèi)型正交表構(gòu)造思想比較成熟。試驗(yàn)選用L9（34）正交表，主要研究刀具類(lèi)型、切削線速度、切削深度、進(jìn)給量這4個(gè)因素，每個(gè)因素各選取3個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)，因素水平表如表1所示。3）按照正交表設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。按照正交表L9（34）的內(nèi)容及設(shè)計(jì)的表頭確定試驗(yàn)方案。4）按照正交表中的方案進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)L9（34）正交表實(shí)施具體試驗(yàn)方案，按照隨機(jī)順序進(jìn)行試驗(yàn)，記錄測(cè)量的粗糙度值結(jié)果，填入表中并記錄，如表2所示。5）正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算。按照正交試驗(yàn)表進(jìn)行計(jì)算。（1）各水平平均和計(jì)算：分別對(duì)4個(gè)因素水平的試驗(yàn)結(jié)果求和，計(jì)算結(jié)果如表3所示。因素A的第一水平試驗(yàn)結(jié)果求和Ⅰj：1.73+1.550+1.76=5.04。因素A的第二水平試驗(yàn)結(jié)果求和Ⅱj：2.245+2.088+1.896=6.229。因素A的第三水平試驗(yàn)結(jié)果求和Ⅲj：2.321+2.115+1.863=6.299。因素B的第一水平試驗(yàn)結(jié)果求和Ⅰj：1.73+2.245+2.321=6.296。因素B的第二水平試驗(yàn)結(jié)果求和Ⅱj：1.550+2.088+2.115=5.753。因素B的第三水平試驗(yàn)結(jié)果求和Ⅲj：1.760+1.896+1.863=5.519。因素C的第一水平試驗(yàn)結(jié)果求和Ⅰj：1.730+1.896+2.115=5.741。因素C的第二水平試驗(yàn)結(jié)果求和Ⅱj：1.550+2.245+1.863=5.658。因素C的第三水平試驗(yàn)結(jié)果求和Ⅲj：1.760+2.088+2.321=6.169。因素D的第一水平試驗(yàn)結(jié)果求和Ⅰj：1.730+2.088+1.863=5.681。因素D的第二水平試驗(yàn)結(jié)果求和Ⅱj：1.550+1.896+2.321=5.767。因素D的第三水平試驗(yàn)結(jié)果求和Ⅲj：1.760+2.245+2.115=6.120。（2）各因素水平求和結(jié)果的均值計(jì)算：分別求出各因素各水平結(jié)果求和的平均值即Ⅰj/3、Ⅱj/3、Ⅲj/3，計(jì)算結(jié)果如表4所示。因素A的第一水平試驗(yàn)結(jié)果求和的平均值Ⅰj/3：5.040/3=1.680。因素A的第二水平試驗(yàn)結(jié)果求和的平均值Ⅱj/3：6.229/3≈2.076。因素A的第三水平試驗(yàn)結(jié)果求和的平均值Ⅲj/3：6.299/3≈2.100。因素B的第一水平試驗(yàn)結(jié)果求和的平均值Ⅰj/3：6.296/3≈2.099。因素B的第二水平試驗(yàn)結(jié)果求和的平均值Ⅱj/3：5.753/3≈1.918。因素B的第三水平試驗(yàn)結(jié)果求和的平均值Ⅲj/3：5.519/3≈1.840。因素C的第一水平試驗(yàn)結(jié)果求和的平均值Ⅰj/3：5.741/3≈1.914。因素C的第二水平試驗(yàn)結(jié)果求和的平均值Ⅱj/3：5.658/3=1.886。因素C的第三水平試驗(yàn)結(jié)果求和的平均值Ⅲj/3：6.169/3≈2.056。因素D的第一水平試驗(yàn)結(jié)果求和的平均值Ⅰj/3：5.681/3≈1.894。因素D的第二水平試驗(yàn)結(jié)果求和的平均值Ⅱj/3：5.767/3≈1.922。因素D的第三水平試驗(yàn)結(jié)果求和的平均值Ⅲj/3：6.120/3=2.040。（3）極差計(jì)算：分別求出各因素的平均值的差值（極差），如果是三個(gè)以上水平則要找出平均值的最大值和最小值之間的差值Rj，計(jì)算結(jié)果如表5所示。因素A水平試驗(yàn)結(jié)果的極差Rj：Ⅱj/3-Ⅰj/3=2.100-1.680=0.420。因素B水平試驗(yàn)結(jié)果的極差Rj：Ⅰj/3-Ⅲj/3=2.099-1.840=0.259。因素C水平試驗(yàn)結(jié)果的極差Rj：Ⅲj/3-Ⅱj/3=2.056-1.886=0.170。因素D水平試驗(yàn)結(jié)果的極差Rj：Ⅲj/3-Ⅰj/3=2.040-1.894=0.146。（4）采用專(zhuān)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件復(fù)檢計(jì)算結(jié)果，如圖1所示。4.2正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析4.2.1

直接分析由數(shù)據(jù)結(jié)果可以直接看出，表面粗糙度值比較：試驗(yàn)2（Ra1.55

μm）＜試驗(yàn)1（Ra1.73

μm）＜試驗(yàn)3（Ra1.76

μm）＜試驗(yàn)9（Ra1.863

μm）＜試驗(yàn)6（Ra1.896

μm）＜試驗(yàn)5（Ra2.088

μm）＜試驗(yàn)8（Ra2.115

μm）＜試驗(yàn)4（Ra2.245

μm）＜試驗(yàn)7（Ra2.321μm）。在2號(hào)試驗(yàn)（A1B2C2D2）的工藝條件下，加工出來(lái)的表面粗糙度Ra1.55μm最光滑。但這種條件是否就是因素水平的最優(yōu)方案，在9種方案之外是否還有更好的水平搭配，還需通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算分析確定。4.2.2

極差分析極差分析是通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算判斷各因素水平對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，再通過(guò)計(jì)算極差（找出最大值和最小值之差），最終確定水平搭配的最優(yōu)方案。偏差平均值越小，說(shuō)明該因素水平下的效果越好，極差越大，所對(duì)應(yīng)的因素越重要。4.2.3

最優(yōu)水平搭配組合分析根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)結(jié)果可知，A水平極差平均值A(chǔ)1（Ra5.040

μm）＜A2（Ra6.229

μm）、A3（Ra6.299

μm），B水平極差平均值B3（Ra5.519

μm）＜B2（Ra5.753

μm）＜B1（Ra6.296

μm），C水平極差平均值C2（Ra5.658

μm）＜C1（Ra5.741

μm）＜C3（Ra6.169

μm），D水平極差平均值D1（Ra5.681

μm）＜D2（Ra5.767

μm）＜C3（Ra6.120

μm）。偏差平均值越小，說(shuō)明該因素水平下的效果越好。根據(jù)比較結(jié)果，取最小值，可判斷A1為A因素的最優(yōu)水平，B3為B因素的最優(yōu)水平，C2為C因素的最優(yōu)水平，D1為D因素的最優(yōu)水平，所以最優(yōu)水平搭配組合為A1B3C2D1，即刀具類(lèi)型為鉆石YBD152、切削線速度v=200

m/min、切削深度ap=0.2

mm、進(jìn)給量f=0.10mm/r為生產(chǎn)工藝加工的最優(yōu)組合，即在該水平條件下加工的產(chǎn)品表面粗糙度最好。4.2.4

試驗(yàn)因素影響主次順序分析根據(jù)極差數(shù)值的大小，可以判斷各因素影響的大小。極差越大，所對(duì)應(yīng)的因素越重要，對(duì)結(jié)果的影響越大。由表5試驗(yàn)結(jié)果可知，極差值D（Ra0.146

μm）＜C（Ra0.170

μm）＜B（Ra0.259

μm）＜A（Ra0.42μm）。故試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的主次順序?yàn)锳（刀具類(lèi)