基于田口方法的切削液优化对AISI 1330合金钢车削加工表面粗糙度的影响分析
前言：机械加工过程中，切削工具与工件材料之间以及切削刃与切屑之间的摩擦产生了巨大的热量。这在很大程度上影响了刀具寿命和加工表面的表面完整性。为了最小化摩擦和由此产生的热量对刀具寿命和加工表面完整性的影响，切削液被用作导热剂，从切削区域中传导热量。基于植物油的乳化液也是近年来研究的一部分，用于生产稳定的乳化液以作为金属加工液和其他应用。
基于植物油的切削液似乎是矿物油基切削液的最佳替代品，由于其某些固有的化学性质和生物降解能力。与矿物油相比，基于植物油的切削液具有更高的闪点、更高的粘度指数、更高的润滑性和更低的蒸发损失。植物油的不足之处在于其氧化和水解稳定性差、摩擦学行为对温度敏感以及低温流动性差。
在金属加工工业中，常规的切削液往往是基于石油的乳液。正在开发可替代石油基切削液的植物油基乳液。评估了植物油和矿物油的乳液切削液在车削AISI 4340钢和AISI 304奥氏体不锈钢时对表面粗糙度和切削力的影响。
椰子油、花生油和棕榈核油对切削力和表面粗糙度的影响。生物油适合用作金属加工液，但对切削力的影响取决于材料。还有一些研究研究了干式切削对表面粗糙度和刀具磨损的影响。假胡桃油、花生油和商业切削液对高速钢刀具车削AISI 1330合金钢表面粗糙度的影响。
实验设计的最重要阶段在于选择控制因素。应尽可能包括多个因素，以便能够尽早确定非显著变量。Taguchi创建了一个标准正交数组来满足这个要求。Taguchi使用信号与噪声（S/N）比作为首选的质量特性。因为当平均值下降时，标准偏差也会下降，所以S/N比用作可测量的值，而不是标准偏差。S/N比特征可以分为三类，分别为最佳特征、越小越好特征和越大越好特征。
设计基于Taguchi方法中的设计（DOE），并考虑了四个变量，即切削速度、进给速度、切削深度和切削液。有四个输入参数，每个参数都假定有三个级别。对于一个四因素三级别的实验，Taguchi指定了L27（34）正交数组进行实验。指定分析的置信水平为95%。
显示了表面粗糙度的相应S/N（分贝）比率。由于响应的“越小越好”值是理想的，使用Taguchi优化过程分析了三种切削液的性能。这是基于“越小越好”的特征（S/N）比率的静态问题原理，用于表面粗糙度。为了便于计算和分析比率，采用了广泛应用于工程应用的统计分析软件（Minitab-14）来研究表面粗糙度的最佳参数。
展示了在不同水平下机加工参数的S/N比值所得到的表面粗糙度的主效应图。获得最小表面粗糙度的最佳机加工参数为切削速度为35 m/min（水平2），进给速度为0.124 mm/rev（水平1），切削深度为0.3 mm（水平1）以及粘度为2.898 mm2/s的切削液（水平3）。使用花生油基切削液可以获得更好的工件表面光洁度，这可能是由于花生油基切削液具有更高的粘度所致。
三种切削速度和三种进给速度之间存在交互作用，28 m/min的切削速度与0.124 mm/rev的进给速度交互作用，并且与42 m/min的切削速度在0.16和0.249 mm/rev的进给速度处交互作用。35和42 m/min的切削速度分别与0.165和0.185 mm/rev的进给速度交互作用。切削速度和切割深度之间也存在交互作用。观察到28 m/min的切削速度与切削深度为0.5和0.8 mm时的35和42 m/min的切削速度相互作用。
在切削速度、进给量和切削深度等参数之间存在相互作用。在切削深度为0.4 mm时，切削速度为35和42 m/min的相互作用。而在切削速度为28 m/min时，它与切削速度为35和42 m/min的相互作用发生在切削深度为0.5和0.8 mm时。
切削速度为35和42 m/min仅在切削深度为0.4 mm时相互作用。在进给量和切削液类型之间的相互作用中，只有进给量为0.124和0.178 mm/rev时才在黏度为1.986 mm2/s的切削液中相互作用。进给量为0.249 mm/rev不会与任何其他进给量相互作用。观察到只有切削深度为0.6和0.9 mm时，它们才在黏度为2.898 mm2/s的切削液中相互作用，而切削深度为0.3 mm则不会与任何其他切削深度相互作用。
结论：采用高速钢工具和AISI 1330合金钢，在不同的加工条件和切削液下进行。采用L27(34)正交阵列设计，每个实验都重复了三次，并使用新的切削工具进行测试，以确保表面粗糙度的准确读数。
