優選法在車工實習教學中的應用

在車工實習教學生產過程中，學生由課題訓練轉入生產加工這一階段后，由于實踐經驗不足，在實習生產過程中嚴重地影響了生產質量和效率。為了達到既保證質量，又提高效率的目的，學生需要在加工過程中，根據現有的機床、刀具、工藝操作等條件，對有關切削用量、刀具幾何角度，在實習老師的指導下，經過多次車削實驗來選擇最佳值。優選法就是利用數學原理合理安排實驗點，減小實驗的盲目性，以求又準又快地找到這些最佳值的一種實驗方法，下面介紹幾種在機械加工中常用的優選法。

一、0.618法

用一張有刻度的紙條表示20°—75°，在紙條的54°處劃一條線，54°這一點實際上是這張紙條的0.618值，用算式表示:20°+(75°-20°)×0.618=54°。取54°做一次實驗，然后把紙條對折，在左邊54°對折的地方再劃一條線，這條線落在41°處，用算式表示20°+(75°-54°)=41°，在41°處做第二次實驗。如下圖:

兩次實驗比較，假如41°好些，則去掉54°右邊一段，在20°至54°做下次試驗點33°;如果54°的實驗效果好，則去掉41°左邊的一段，在41°至75°，做下次試驗點62°。經過多次實驗分析，再試驗，可找到更加接近合理的條度，通過上面的實驗，可得公式:

1.左端點+(右端點-左端點)×0.618=試驗點

2.左端點+右端點-試驗點=新試驗點

需要注意第一公式，用一次后，第二個公式反復用，在使用0.618法時操作者應根據實際情況，分析加工中出現的問題后，找出優選項目后，再選擇優選范圍。例如:

(1)加工條件:在CA6140車床上，使用90°、P10車刀，主軸轉速320轉/min，進給量f=0.46mm，背吃刀深度ap=5mm，車刀前角r0=20°，粗車材料為GCRI5，尺寸為Φ80×120的工件。

(2)存在問題:加工過程中易發生打刀現象。

(3)原因分析:主要原因刀尖強度不夠，如采用負值刃傾角可增強刀尖強度。

(4)優選方案:采用0.618法優選刀刃傾角、優選范圍0°至-30°。如下圖:

二、對分法:

例如，在CA6140車床上加工工件，原來的背吃刀量ap=2mm，在其它條件(刀具、工件、主軸轉速、進給量等)固定不變的情況下，可否在機床負荷及刀具強度允許的范圍內適當加大被吃刀量，在保證質量的前提下，提高生產效率。首先根據經驗定出吃刀深度的上限，例如8mm(在2與8優選范圍)的中點5mm處做實驗。如圖:

如果質量合格，則可以去掉上圖中與5左邊的一半，(不合格則去掉右邊的一半)然后在5和8的中點6.5mm處做試驗，質量不合格，去掉6.5mm右邊的一半，在5和6.5mm的中心5.75 mm做試驗，這樣每次都在中點處做試驗，很快便能找出保證產品質量的最大背吃刀量，對分法每個試驗點的計算公式:(左端點+右端點)÷2。

120×350mm的軸類:背吃刀量ap=5mm，進給量f=0.5mm。

存在問題:發現機床在車削時聲音異常，偶有悶車現象。

原因分析:認為刀具前角過小是主要矛盾，如加大前角可減小切削刀，使切削到輕快。

優選方案:采用對分法優選前角，優選范圍0°—25°(原前角r0=5°)。

優選結果:在第一點r=15°，切削比以前輕快，但仍不理想;第二點前角r0=20°，切削比較輕快，切削時的聲音由沉重變為輕快，切削力減小了，節省了機床功率的消耗，不但排除了“悶刀”的現象，而且為優選背吃刀量和進給量都創造了條件。

如果知道被優選因素應該變化的方向，采用對分法比用0.618法好，如砂輪平衡，在機械加工方面，在保證質量的前提條件下為了提高生產效率，一般是向加大的方向優選某個切削用量;為了增加刀尖強度而優選主偏角必定向減小主偏角的方向做試驗，所以在很多情況下都可以采用對分法，更簡便快捷。

三、多因素法

在機械加工方面，影響生產效率和質量的因素很多，例如:切削用量、刀具的幾何角度、刀具材料、工件的材質和幾何形狀、機床的性能，等等。當機床設備、刀具材料和工件固定后，影響加工的因素主要有兩大類:一類是切削用量，如切削速度、進給量、背吃刀量等;一類是幾何參數，也就是刀具的各種幾何角度。在進行優選實驗時，我們應在許多因素中具體地分析，分析出哪幾個是主要的問題，然后定出優選范圍對這些因素進行優選。例如:我們要優選主軸轉速n和進給量f兩個因素。可以先把進給量固定，用單因素的方法優選主軸轉速n，選出點n1，然后把主軸轉速固定在n1處，按單因素法優選進給量f，得到點f，又固定進給量在f1處，優選主軸轉速。三個因素以上的情況，也是同樣的道理，先把其他因素固定，優選其中一個因素。這樣就可以把多因素的問題化為單因素的問題去處理。

一般來說，精加工以保證工件的線性尺寸，表面粗糙度和形位公差為主。在優選時主要考慮主軸轉速、車刀的幾何角度。而粗加工主要是車掉毛胚多余的余量。優選時主要考慮進給量和背吃刀量，進給量與背吃刀量比較，在加工余量較小時，以優選進給量為主，在加工余量較大是，以優選被吃刀量為主。因此對切削用量的優選，可促進對刀具幾何角度的優選。刀具幾何角度參數優選后，又為進一步優選切削用量創造了條件。這樣經過反復的優選，不斷解決新出現的矛盾，就能不斷打破原生態生產的相對平衡狀態，充分發揮機床的生產潛力，提高產品質量和生產效果。