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中心组合设计响应面法优化毛竹竹筒车削去青工艺

胡守恒 陈李璨 邵迎涛 张水珍 王新洲 李延军

胡守恒, 陈李璨, 邵迎涛, 张水珍, 王新洲, 李延军. 中心组合设计响应面法优化毛竹竹筒车削去青工艺[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190510
引用本文: 胡守恒, 陈李璨, 邵迎涛, 张水珍, 王新洲, 李延军. 中心组合设计响应面法优化毛竹竹筒车削去青工艺[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190510
HU Shouheng, CHEN Lican, SHAO Yingtao, ZHANG Shuizhen, WANG Xinzhou, LI Yanjun. Optimization of turning technology for removing out-layer of bamboo culm with Box-Behnken Design-response surface methodology[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190510
Citation: HU Shouheng, CHEN Lican, SHAO Yingtao, ZHANG Shuizhen, WANG Xinzhou, LI Yanjun. Optimization of turning technology for removing out-layer of bamboo culm with Box-Behnken Design-response surface methodology[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190510

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中心组合设计响应面法优化毛竹竹筒车削去青工艺

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190510
基金项目: “十三五”国家重点研发计划资助项目(2018YFF0214501);江苏省科技项目(BE2018391);浙江省级重点研发计划课题(BE2018391);浙江省竹资源与高效利用协同创新中心开放项目(2017ZZY2-06)
详细信息
    作者简介: 胡守恒,从事竹材工程材料研究。E-mail:398101810@qq.com
    通信作者: 李延军,教授,博士,从事竹材工程材料研究。E-mail:lalyj@126.com
  • 中图分类号: S781.9

Optimization of turning technology for removing out-layer of bamboo culm with Box-Behnken Design-response surface methodology

  • 摘要:   目的  由于竹筒竹青的存在会对竹材展平加工产生不良影响,为了保证产品质量,亟需研究优化竹筒的去青工艺。  方法  通过单因素试验设计,来确定竹筒车削去青工艺中车削参数的最佳条件。以竹筒的去青度作为因变量,采用中心组合设计(Box-Behnken Design)响应面法对车削参数(竹筒转速、进给速度、气缸压力)进行研究,运用Design Expert 12 软件对数据进行分析,建立去青度与各车削参数的多元二次回归方程,优化竹筒车削去青工艺。  结果  当竹筒转速为60 r·min–1,进给速度为0.25 m·min–1,气缸压力为0.20 MPa时,得最大去青度为66.97%。采用上述的工艺条件进行实际验证,得到的去青度为65.36%,与理论预测值的误差为–2.37%。  结论  本研究所得模型是合理的,可用于实际去青度的预测。图5表6参13
  • 图  1  车削去青机及去青车刀

    Figure  1.  Turing machine of removing bamboo green and turning tool

    图  2  图像处理前后展平竹板材试样表面

    Figure  2.  Surface of flat bamboo sample before and after image processing

    图  3  竹筒转速和进给速度对去青度相互影响的响应面图和等高线图

    Figure  3.  Contour and response surface plots of Y=f(A, B)

    图  4  竹筒转速和气缸压力对去青度相互影响的响应面图和等高线图

    Figure  4.  Contour and response surface plots of Y=f(A, C)

    图  5  进给速度和气缸压力对去青度相互影响的响应面图和等高线图

    Figure  5.  Contour and response surface plots of Y=f(B, C)

    表  1  竹筒转速的单因素试验结果

    Table  1.   Single factor experimental result of bamboo roration speed

    竹筒转速/
    (r·min−1)
    去青效果
    破裂率/%去青厚度/mm去青度/%
    3220.4738.29
    4060.5342.94
    4860.6149.33
    56100.7356.62
    64100.9164.48
    72161.0980.29
      说明:进给速度为0.35 m·min−1;气缸压力为0.20 MPa
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    表  2  进给速度的单因素试验结果

    Table  2.   Single factor experimental result of bamboo feed speed

    进给速度/
    (m·min−1)
    去青效果
    破裂率/%去青厚度/mm去青度/%
    0.2580.8164.17
    0.3040.7560.43
    0.3560.7255.91
    0.4040.6752.19
    0.4580.6050.11
    0.5060.5445.87
      说明:竹筒转速为50 r·min–1;气缸压力为0.20 MPa
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    表  3  气缸压力的单因素试验结果

    Table  3.   Single factor experimental result of bamboo pressure

    气缸压力/MPa去青效果
    破裂率/%去青厚度/mm去青度/%
    0.0500.2223.11
    0.1020.4535.19
    0.1540.5840.02
    0.2080.7158.82
    0.25140.9268.88
    0.30181.1283.29
      说明:竹筒转速为50 r·min–1;进给速度为0.35 m·min–1
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    表  4  响应面BBD试验因素及水平

    Table  4.   Factors and levels of BBD test

    水平因素
    竹筒转速A/(r·min–1)进给速度B/(m·min–1)气缸压力C/MPa
    –1400.250.10
    0500.300.15
    1600.350.20
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    表  5  响应面BBD试验设计及结果

    Table  5.   Design and results of BBD test

    试验号竹筒转速
    A/(r·min–1)
    进给速度
    B/(m·min–1)
    气缸压力
    C/MPa
    去青度
    Y/%
    试验号竹筒转速
    A/(r·min–1)
    进给速度
    B/(m·min–1)
    气缸压力
    C/MPa
    去青度
    Y/%
    1500.300.1540.3610500.300.1539.63
    2500.300.1540.3311400.350.1533.02
    3400.250.1538.8112500.250.1031.56
    4600.350.1544.3913500.300.1541.08
    5500.350.2051.6514500.350.1030.47
    6600.300.2060.3415400.300.1021.25
    7600.250.1552.4916500.250.2060.39
    8600.300.1035.9917500.300.1541.88
    9400.300.2047.66
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    表  6  回归模型方差分析

    Table  6.   Variance analysis of regression model

    方差分析项平方和自由度FP方差分析项平方和自由度FP
    模型1 720.669232.45<0.000 1**A20.5010.600.463 1
    竹筒转速A344.141418.41<0.000 1**B214.64117.800.003 9*
    进给速度B70.33185.51<0.000 1**C24.1915.090.058 7
    气缸压力C1 269.3211 543.28<0.000 1**残差5.767
    AB1.3311.620.243 5失拟项2.8331.290.391 9
    AC1.0611.290.293 5纯误差2.924
    BC14.63117.790.003 9*总离差1 726.4216
      说明:R2=0.996 7,R2adj=0.992 4,PR2=0.971 1,变异系数CV=2.17;**P<0.000 1,差异极显著;*表示P<0.05,差异显著
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-02
  • 修回日期:  2020-02-11

中心组合设计响应面法优化毛竹竹筒车削去青工艺

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190510
    基金项目:  “十三五”国家重点研发计划资助项目(2018YFF0214501);江苏省科技项目(BE2018391);浙江省级重点研发计划课题(BE2018391);浙江省竹资源与高效利用协同创新中心开放项目(2017ZZY2-06)
    作者简介:

    胡守恒,从事竹材工程材料研究。E-mail:398101810@qq.com

    通信作者: 李延军,教授,博士,从事竹材工程材料研究。E-mail:lalyj@126.com
  • 中图分类号: S781.9

摘要:   目的  由于竹筒竹青的存在会对竹材展平加工产生不良影响,为了保证产品质量,亟需研究优化竹筒的去青工艺。  方法  通过单因素试验设计,来确定竹筒车削去青工艺中车削参数的最佳条件。以竹筒的去青度作为因变量,采用中心组合设计(Box-Behnken Design)响应面法对车削参数(竹筒转速、进给速度、气缸压力)进行研究,运用Design Expert 12 软件对数据进行分析,建立去青度与各车削参数的多元二次回归方程,优化竹筒车削去青工艺。  结果  当竹筒转速为60 r·min–1,进给速度为0.25 m·min–1,气缸压力为0.20 MPa时,得最大去青度为66.97%。采用上述的工艺条件进行实际验证,得到的去青度为65.36%,与理论预测值的误差为–2.37%。  结论  本研究所得模型是合理的,可用于实际去青度的预测。图5表6参13

English Abstract

胡守恒, 陈李璨, 邵迎涛, 张水珍, 王新洲, 李延军. 中心组合设计响应面法优化毛竹竹筒车削去青工艺[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190510
引用本文: 胡守恒, 陈李璨, 邵迎涛, 张水珍, 王新洲, 李延军. 中心组合设计响应面法优化毛竹竹筒车削去青工艺[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190510
HU Shouheng, CHEN Lican, SHAO Yingtao, ZHANG Shuizhen, WANG Xinzhou, LI Yanjun. Optimization of turning technology for removing out-layer of bamboo culm with Box-Behnken Design-response surface methodology[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190510
Citation: HU Shouheng, CHEN Lican, SHAO Yingtao, ZHANG Shuizhen, WANG Xinzhou, LI Yanjun. Optimization of turning technology for removing out-layer of bamboo culm with Box-Behnken Design-response surface methodology[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190510

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