Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Методы планирования экспериментов в области резания металлов и математической обработки результатов

..pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
12.4 Mб
Скачать

Соответствующие суммы квадратов таковы:

Si' i = i r ! r = 743’9'

s s “ = i r ^ = 0'78'

ss"f’= J ?3

f = 1’33-

Эту дополнительную информацию можно объе­ динить в таблице 52. Теперь можно проверить зна­

чимости линейного, квадратического и кубического эффектов.

Для линейного эффекта F,,= -^ ^ -= 1 2 8 .4 8

(вы-

 

/ . 8

5 уд

 

V

соко значимо).

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

52

Источник изменчивости

Число

Сумма

Средний

степенен

квадратов

квадрат

 

свободы

Изменение времени

« Л & |;и

® к у б .

Сумма времени Ошибки в пределах вре­

мени Общая сумма

1

743,9

743,9

1

0,78

0,78

1

1,33

1,33

3

746

 

28

161,4

5.76

31

908,2

 

 

 

 

О 78

Для квадратического эффекта Л /=в = —— =0,135

(не .значимо

 

5,79

при 1 % уровне значимости).

Для

 

1

33

кубического эффекта ^ i/2s=="r— = 0,23 (не

значимо

при

о179

1 % уровне значимости).

 

График,

проведенный по усредненным значениям

наблюденных откликов, подтверждает эти результаты (фиг. 13), т. е. характер линейного возрастания из­ носа с изменением времени.

Вышеприведенные данные показывают, как можно проверить наличие линейного, квадратического и ку­ бического эффектов, используя ортогональные поли­ номы [1 ].

Б. Два фактора один качественный,

иодин количественный

Это тип двухфакторного эксперимента, когда один фактор имеет качественные уровни, а другой—коли­

чественные. Между тем эти

уровни отделены друг

от друга равными интервалами.

рандомизи­

План этого эксперимента

полностью

рован, модель его такова:-

 

 

■^ijk==И" I -^i

-f- £k(ij) •

(59)

Для объяснения такого плана эксперимента возь­ мем следующий пример. Требуется определить* влия­ ние величины расстояния от линии среза по глубине упрочнения обработанной поверхности и положения точки, где производится измерение, на величину микротвердости поверхности. Микротвердость изме­ ряется на поверхности косого шлифа, на трех рас­ стояниях от линии косого шлифа, образованной с обработанной поверхностью—0 ; 0 ,1 ; 0 ,2 мм.

На каждой из этих расстояний измерения произ­ водятся в пяти различных местах (положение точки). Эти измерения рассматриваются как пять качествен­ ных факторов. На каждом расстоянии и в каждом1

102

положении делаются по два измерения. Тогда можно иметь факторный эксперимент типа 5x3 с двумя на­ блюдениями в ячейке (всего 30 наблюдений).

В уравнении (59) Dt расстояние (количественный фактор), a Pj —положение точки измерения (качест­ венный фактор), / =1, 2, 3, у =1, 2, 3, 4, 5, &=1, 2.

Результаты измерения приведены в таблице 53.

 

 

 

 

Г а о л и ц а 53

Положение

Расстояние от линии пересечения косого шлифа

с обработанной поверхностью D-, в мм

точки

0

1

0 .1

1

0,2

 

Р\

 

1

 

Значения микротвсрдости Н кг/мм2

 

 

200

 

200

 

204

1

201

 

199

 

190

2

200

 

199

 

185

201

 

199

 

193

3

204

 

201

 

196

200

 

201

 

193

4

203

 

204

 

193

201

 

200

 

199

5

200

 

204

 

193

197

 

200

 

196

Производя кодирование данных таблицы 53 при помощи вычитания из них величины 2 0 0 , можно по­ лучить величины, приведенные в таблице 54.

 

 

 

 

Т а б л и ц а 54

Положение

Расстояние

от линии пересе­

 

чения косого шлифа с обра­

Т1 .j!.

точки

ботанной поверхностью Dt мм

Pi

i

 

 

 

0

0 ,1

0 ,2

 

 

 

I

2

3

4

5

1

0

0

4

- 6

 

1

- I

- 1 0

Сумма

1

- 1

- 6

 

1

 

2

3

4

 

 

5

 

2

 

0

1 - 1

- 1 5

 

 

- 2 3

 

 

 

1

- 1

—7

 

 

 

Сумма

 

1

- 2

- 2 2

 

 

 

 

3

 

4

1

- 4

 

 

- 5

 

 

 

0

I

- 7

 

 

 

Сумма

 

4

2

- 1 1

 

 

 

 

4

 

3

4

—7

 

 

0

 

 

 

1

0

- 1

 

 

 

Сумма

 

4

4

—8

 

 

 

 

5

 

0

4

- 7

 

 

10

 

 

- 3

0

- 4

 

 

 

Сумма

- 3

4

- 1 1

 

 

 

 

•7V.

 

7

7

-5 8

 

7 ...=? — 44

 

 

 

 

 

.4

5

3-.

 

2 2

 

37

37

570

V

V

V А-

644

 

 

 

Aijk—

k —\ j ~ 1

 

 

 

 

/-•1

 

1 к 1

 

Из этих закодированных данных получаем:

 

 

s s 0ta=644 —

оО

=579,47

 

 

 

 

5 5 D

7 2 + 7 3 +

( - 5 8 ) 2

(-44)» = 281,67

 

 

 

10

30

 

 

 

 

5 5 р _

( ~ 6)2+

(-2 3 )3 + (—5)2-f- 0а4- (-10)3

 

(_44)2

50,47

j

 

 

6

 

 

 

30

 

SSPjxD.,= —+ 12-Н»+...+(

и >2 —281,67—50,47-

58,33

55ош= 579,47-281,67 -

50,4758,33 =

189,00.

 

Эти величины приведены в таблице 55 диспер* сионного анализа.

104

Источник

Число

Сумма

Средний

Математиче­

ское ожида­

изменчивости

степеней

квад­

квадрат

ние средних

свободы

ратов

 

 

 

 

 

квадратов

Расстояние

(Dj)

2

281,67

140,83

ае2+ 10т5

Положение

(Я;)

4

50,47

12,67

ас3"Ь®3Н

DX Р взаимодействие

 

 

 

CC2+ 2<J2DP

(D,XPj)

 

8

53,33

7,29

Ошибка eh .ц.

15

189

12,6

се2

Сумма

29

579,47

 

 

Из таблицы 55 видно, что только расстояние •оказывает значимое влияние на микротвердость по­ верхности, так как

Fz

140,83 .= 11,24.

/15

12,6

 

Вычислим линейный и квадратический 'эффекты изменения расстояния, так как эффект изменения рас­ стояния значим при 1% уровне значимости. Коэффи­ циенты ортогональных полиномов таковы (табли­ ца 56).

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

56

 

 

 

7

7

- 5 8

F

 

Линейный

- 1

0

+ 1

2

 

Квадратический

+ 1

- 2

+ 1

6

 

Применяя эти коэффициенты к суммам по каж­

дому расстоянию Т,.., можно получить:

 

D

а) линейный эффект изменения расстояния

-

1 (7) + 0 (7) -f-1 (-58) = -

65,

 

 

б) квадратический эффект изменения расстояния

Дш=

I (7) - 2 (7) +

1 (-58) =

- 65.

 

*k

Суммы квадратов будут

(в связи с тем, что конт­

расты являются ортогональными):

 

 

 

 

(-65)3

 

211,25

 

 

 

Л

10(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

SS„„ =

-i= 5 ^ - = 70,42.

10(6)

Таким образом, сумма квадратов для расстояния Dx определяется как

SSDi= 211,25 + 70,42 = 281,67.

Теперь определим взаимодействие

между D XP-

Это. взаимодействие можно проверить,

применяя

ли­

нейные и квадратические коэффициенты.

по­

Линейный эффект определяется для каждого

ложения, применяя коэффициенты линейных полино­ мов —1 , 0 , —|—1 г

/ V - l ( l ) + 0 ( - l ) + l ( - 6 ) = - 7

Pt- — 1 (1) + 0 ( —2) + 1 ( —22) = — 23

Р3:- 1 ( 4 ) + 0 ( 2 ) + 1 ( - 1 1 ) ------15

Р4:-1 (4 ) + 0(4) + 1 (-8 ) = - 1 2

/>5: - 1 (-3 ) + 0 (4) + 1 (—11)------

8

Итого —65

Аналогично для квадратического эффекта имеем (применяя коэффициенты квадратических полиномов 1 . - 2 , 1.):

Pi: l ( l ) - 2 ( - l ) + 1 ( - 6 ) ;------

3

Р2:1 (1)—2 (—2) + 1 (—22) = — 17

Р3:1(4)-2(2) + 1(-11) = - 1 1 P4:l(4 )-2 (4 )-f 1 (—8 ) = — 12 Р5:1 (—3)—2 (4) + 1 (—11) = — 22

Итого —65

Для сравнения этих пяти эффектов определим соответствующую им сумму квадратов:

e

(-7)»+ (-23)a> f(-15)3+ (-12)34 -(-8)a _

°лХР

2 {2)

—211,25 =

41,5,

с о

( —3)2+ ( —17)2-|_(—11)а_|_(—12)2_|_(—22)2

^D^XP = “------------------------------------------

2(6)

КВ'

 

—70,42= 16,83.

Общая сумма квадратов для D \ P взаимодействия будет

SSDxP = 41,5+ 16,83 = 58,33.

Такая же величина D x P взаимодействия приве­ дена в табл. 55. Результаты, приведенные выше, ука­ зывают на то, что имеется эффект изменения расстоя­ ния D{, причем линейный эффект изменения Dx зна­ чим с 1 %-ым уровнем значимости (211,25), а квадра­ тический эффект изменения величины D\ значим с 5%-ным уровнем значимости (70,42). Эффект поло­ жения и эффект взаимодействия между расстоянием и положением отсутствуют. Легко в этом убедиться, если построить графики этих величин.

В, Два фактора—оба количественные

Если в двухфакторном эксперименте оба фактора имеют два количественных уровня, то для каждого из них можно выделить линейный, квадратический и кубический эффекты, а также определить все комби­ нации их взаимодействий. Для анализа такого типа эксперимента, где имеется два фактора с количествен­ ными уровнями (которые отделены друг от друга рав­ ными интервалами), рассмотрим задачу по изучению влияния скорости резания и подачи на температуру резания при обработке материала марки БРАЖ-9-4 резцом БРМ-1 с твердосплавной пластинкой Т15К6 (при глубине резания 1 мм). Измеряемая перемен­ ная (температура резания) бралась в милливольтах (mv). Порядок проведения эксперимента был пол­ ностью рандомизирован, модель которого такова:

^ ijk = Iх

“b ek (ij)*

(60)

Для плана эксперимента и для составления таб­ лицы результатов исследований принимались: i= 1 , 2, 3, 4, k — 1, 2, 3, У — 1, 2, 3, 4. Результаты исследо­ ваний приведены в таблице 57. Для анализа этого эксперимента увеличим в 1 0 раз все данные темпера­ туры резания с целью избавления от ошибок при расчете. Так, например, вместо 1,1 при расчете возь­ мем 11 и т. д. Подсчитаем следующие статистики, основываясь на данных таблицы 57.

SSoin «= 287868 — - ^ L _ 62640.

48

Подача л-и/об

0,07

0,14

Сумма

7V.

Скорость резания v,

м}мин

i .j.

50

100

150

200

 

11

35

44

80

 

17

80

81

91

 

18

29

77

77

 

46

144

202

248

640

22

49

53

85

 

26

68

93

95

 

16

61

59

73

 

64

178

205

253

700

29

68

53

86

 

30

74

103

113

 

20

47

128

141

 

79

189

289

340

897

38

98

87

103

 

31

128

116

131

 

21

67

90

141

 

90

293

293

375

1051

279

804

989

1216

7\.. — 3288

S S n ^ (279)^+(804)а+(989)а-К1216)а

(3288)2

_

ggggg

 

12

48

 

 

(640P+(700)2+(897)2+(1051)^

(3288)*

_

8839

 

12

48

 

 

SSRyF =

.W ;+(64)i+...+(375)a _

225228—39858—

'

з

 

 

 

— 8839 = 2235 SSom=62640-39858-8839-2235 = 11708.

Данные дисперсионного анализа приведены в таб­ лице 58,

108

Источник изменчивости

Число сте­

Сумма

Средний

пеней

свободы

квадратов

квадрат

 

R\

 

3

39858

13286

 

 

3

8839

2946

{RXF) ij

 

9

2235

248

ek(ij)

 

32

11708

•366,8

Сумма

 

47

62640

 

Теперь подсчитаем эффекты, учитывая коэффи­ циенты ортогональных полиномов, которые имеют следующие значения:

Линейные

—3,

—1,+1, -1-3

F = 20

Квадратические

+1,

—1,—1,

+1

F = 4

Кубические

—1,

+3,—3,

+1

F — 20

Ял= -3(279) - 1 (804)-f1 (989)+3( 1216)=2996

<2996)*

SSRj.— 12 (20) =37400

Я,„=1(279) —1(804) —1(989)+1(1216)=-298 = J —298)2_ = 18 5 0

12(20)

Якуб=_1(279)+3(804)-3(989)+1(1216)=382

5S Ккуб

(Эа2 >^—_

6Q8

12 (20)

 

 

Итого SSR = 39858

Fn= -3(640) - 1 (700)+1 (897)+3( 1051)=1430

SSF

*

=

Л

^ - =

8520

 

 

1 2

(20)

 

f хв= 1 (640) - 1 (700) - 1 (897)+1 (1051)=94

SSF (94)= = 184 KD 12(4)

У7 б= — 1 (640)+3(700)—3(897)+1(1051)=180

(180)3

S5, куб 12 (20) = 135

Итого SSF = 8839.

Для определения R y F взаимодействия с 9 степе­ нями свободы его молено разбить на 9 компонентов с одной степенью свободы, т. е.

Я л Х ^ , ;

« к в Х ^ л ;

•^кубХ ^л

 

^ KDX ^KB 1

^кубХ^**кв »

Я лХ ^чгб;

^квХ-^куб»

^кубХ^куб*

С целью подсчета эффектов взаимодействия, в первую очередь подсчитаем коэффициенты ортого­ нальных полиномов для этих девяти взаимодействий:

ортогональные полиномы

R.XF „ = ( - 3 - 1+1+3)Х ( - 3 - 1 + 1 + 3 ) =

9 + 3 -3 —9 3 + 1 - 1 - 3 £С2и=(9)2+ (3)2+ ( - 3 ) 2+ ...

- 3 - 1 + 1 + 3 ...+92=400 —9—3+3+9 )

^лХ^?кв==(—3—1+1+3) Х( "Ь1 — 1—1+1) —

= —3—1+1+3

3+1—1—3 2 0 ^ = 8 0

3 + 1 - 1 - 3 —3—1+1+3

R, Х Л * б = (-3 -1+1+3) Х(—1+3—3+1) =

= 3+1—1—3

—9 -3 + 3 + 9

ЕС2и =400

9 + 3 - 3 - 9 - 3 - 1 + 1 + 3 .

« K.X ^ = (+ 1 - 1 - 1 + 1 )X ( - 3 - 1 + 1 + 3 ) =

= - З + З + З - З

- 1+ 1+ 1-1

ЕС*ц= 80

+ 1- 1- 1+1 З - З - З + З