為了提高企業(yè)加工效率，降低高速雙切滾刀重磨、涂層次數(shù)特提出此實(shí)驗(yàn)要求，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，確定影響滾刀壽命的顯著因子，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析這些因子對(duì)滾刀壽命的影響，以刀具磨損達(dá)到0.2mm為滾刀壽命界限、刀具壽命最大化為優(yōu)化目標(biāo)，擬合最優(yōu)滾齒加工工藝參數(shù)。

　　實(shí)驗(yàn)條件及特征因子確定：

　　實(shí)驗(yàn)零件參數(shù)：齒輪類零件，模數(shù) 18 mm，齒數(shù) 31，壓力角20°，全齒高42.3mm，齒寬500mm，材料為18CrNiMo7，調(diào)質(zhì)硬度 HB217～HB255。

　　實(shí)驗(yàn)滾刀參數(shù)：高速雙切滾刀，模數(shù)18mm，每圈齒數(shù)18，壓力角20°，材料為粉末冶金高速鋼，硬度為 HRC65～HRC68。

　　從雙切滾刀加工工藝及現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看，影響雙切滾刀壽命的特征因子有滾刀轉(zhuǎn)速、滾刀軸向進(jìn)給、切削次數(shù)和冷卻方式。

　　實(shí)驗(yàn)方法：

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種安排實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)前期的策劃和研究，能夠以較小的實(shí)驗(yàn)規(guī)模、較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)和較低的實(shí)驗(yàn)成本得到理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和科學(xué)的結(jié)論。

　　本文采用全因子實(shí)驗(yàn)，共選取4個(gè)因子 X，試驗(yàn)指標(biāo)為雙切滾刀壽命 Y，共計(jì)16次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中對(duì)各因子分別取高、低兩種水平，通過(guò)實(shí)際加工和檢測(cè)來(lái)統(tǒng)計(jì)滾刀壽命。

　　實(shí)驗(yàn)因子選擇和水平設(shè)定：

　　依據(jù)滾刀廠家推薦參數(shù)及實(shí)際加工過(guò)程中使用經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置4個(gè)因子 X的高、低水平，如表1所示。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

　　通過(guò)16 次實(shí)驗(yàn)，將雙切滾刀壽命統(tǒng)計(jì)后經(jīng)過(guò) MINITAB分析所得標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng) Pareto圖如圖 1 所示，圖中橫坐標(biāo)為六西格瑪檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量t值，分界線為依據(jù)選定的顯著性水平α=0.05給出臨界值2.57，超出該值的因子為顯著因子。因子 A 為滾刀轉(zhuǎn)速，B為滾刀軸向進(jìn)給，C為切削次數(shù)，D 為冷卻方式，BC為滾刀軸向進(jìn)給和切削次數(shù)交互效應(yīng)，BD 為滾刀軸向進(jìn)給和冷卻方式交互效應(yīng)，AD 為滾刀轉(zhuǎn)速和冷卻方式交互效應(yīng)，AB為滾刀轉(zhuǎn)速和滾刀軸向進(jìn)給交互效應(yīng)， AC為滾刀轉(zhuǎn)速和切削次數(shù)交互效應(yīng)，CD 為切削次數(shù) 和冷卻方式交互效應(yīng)。從圖1中可以直觀地分析出影 響滾刀壽命的最主要因子為滾刀軸向進(jìn)給，其次為滾 刀轉(zhuǎn)速，而切削次數(shù)和冷卻方式交互效應(yīng)對(duì)滾刀壽命影響最小。

　　分析完主要因子和次要因子后，還需對(duì)殘差狀況進(jìn)行診斷，以此來(lái)判斷分析模型是否合適，圖2為滾刀壽命殘差圖。圖2(a)顯示各點(diǎn)近似在一條直線;圖2(c)中矩形左右對(duì)稱，可認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的殘差近似服從正態(tài)分布;圖2(b)和圖2(d)顯示該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的殘差基本符合隨機(jī)波動(dòng)。從殘差圖的分析來(lái)看，本次實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突緷M足要求。

　　方差分析能夠直觀地根據(jù)結(jié)果來(lái)推斷哪些因子對(duì)結(jié)果有明顯的影響以及影響有多大，表2為方差分析結(jié)果。通過(guò)表2結(jié)果中的檢驗(yàn)水平P 值大小來(lái)判斷因子是否顯著，P 值小于0.05為顯著因子，而滾刀軸向進(jìn)給和滾刀轉(zhuǎn)速的P 值小于0.05，因此為顯著影響因子。

　　通過(guò) DOE(DesignOfExperiments)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析，可得出以下結(jié)論：

　　(1)影響雙切滾刀壽命的顯著因子為滾刀軸向進(jìn)給，軸向進(jìn)給的大小直接影響雙切滾刀壽命。

　　(2)次顯著因子為滾刀轉(zhuǎn)速，滾刀轉(zhuǎn)速較高時(shí)滾刀壽命會(huì)有所下降，但不如軸向進(jìn)給影響顯著。

　　(3)冷卻方式對(duì)雙切滾刀壽命影響較低，所以在實(shí)際加工中采用油冷和風(fēng)冷對(duì)滾刀壽命影響較小。

　　(4)切削次數(shù)對(duì)雙切滾刀壽命影響較低，在加 工時(shí)為保證加工效率可采用較少的切削次數(shù)。

　　優(yōu)化工藝參數(shù)：

　　通過(guò)去除不顯著因子，修正回歸方程，對(duì)響應(yīng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，擬合出最佳的工藝參數(shù)如表3所示。通過(guò)對(duì)該參數(shù)分析，在主要因子滾刀軸向進(jìn)給取低水平、滾刀轉(zhuǎn)速取低水平時(shí)擬合的滾刀壽命取值最大，并且復(fù)合合意性比較接近1，總體看來(lái)此設(shè)置能夠?yàn)樗?響應(yīng)獲得一個(gè)較好的結(jié)果。

　　根據(jù)擬合后的參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)油冷機(jī)床多批次零件加工時(shí)的參數(shù)調(diào)整，高速雙切滾刀壽命符合預(yù)期效果，說(shuō)明該參數(shù)具有一定指導(dǎo)作用。

　　五、結(jié)論

　　高速雙切滾刀在實(shí)際應(yīng)用中能夠極大地提升企業(yè)加工效率，但是滾刀磨損、退涂、修磨、涂層占用了滾刀很多的使用時(shí)間，并且滾齒加工是一個(gè)復(fù)雜的工藝過(guò)程，如何延長(zhǎng)高速雙切滾刀使用壽命是急需解決的企業(yè)生產(chǎn)瓶頸。本文通過(guò)六西格瑪實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)方法獲得了最佳的結(jié)果，并且分析了影響滾刀壽命的因子，優(yōu)化了加工工藝參數(shù)，通過(guò)實(shí)際使用，達(dá)到了預(yù)期目的，并且將 DOE 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用于滾齒工藝參數(shù)優(yōu)化，為其他機(jī)械加工工藝參數(shù)優(yōu)化提供了新的思路。

　　參考文獻(xiàn)略.