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       作者：Snehil A. Umredkar, Yash Parikh
       摘要：本研究对磨削工艺中的控制参数进行优化以缩短循环时间，同时保持质量标准。利用设计优化工具田口法求得最佳控制参数。利用正交阵列、信噪比（S/N）和方差分析（ANOVA）对圆锥滚柱轴承的外环磨削工艺的我用的性能特征进行研究分析。对进给、位置和速度等不同参数进行优化并得出影响磨削工艺的重要参数。实验结果证实了该方法的有效性。
       关键词：田口方法,磨削,优化,循环时间,尺寸变化
1、引言
       在现代化制造业领域，企业面临越来越多的挑战，特别是产品质量和产量方面，产品寿命周期缩短，成本压力增大，质量要求提高。为在国际市场保持强有力的竞争，制造企业就必须在成本效益、产品交付时间和质量等方面进行生产优化。利用CNC机床的自动化制造设备在保持高质量标准的同时能够实现较短的加工时间。
       轴承制造工艺中，磨削是实现零部件要求质量和尺寸的重要工艺；而在磨削工艺中，选择进给、速度和位置等控制参数并对其进行优化对于实现最短时间内高质量性能产品的加工就非常重要。控制参数一般根据经验或手册得到，这些参数反应了零件的尺寸，椭圆度以及间接算入产品交付时间的磨削加工循环时间并最终记为单位时间的生产总量。
       在选择控制参数方面，基于回归技术的数学模型需要较大的知识量和经验，而与之相比，田口方法则能够提供简单有效且系统的性能、质量和成本方面的优化设计。此外，田口方法所需实验次数少、成本低、实验时间少；而数学模型需要去做大量实验。通过设置控制参数并降低系统对变量来源的敏感性，田口方法可以优化性能特征并缩短循环时间，同时还能保持工件要求的质量。
       本研究利用田口参数设计提供了一种系统的程序，借助特定的控制参数组合对圆锥滚柱轴承的外环磨削加工中的循环时间和轨道直径尺寸变化进行优化降低。实验首先介绍了田口设计方法和圆锥滚柱轴承的外环磨削加工；然后描述了利用参数设计求值并分析最佳控制参数的实验细节和实验结果；最后得出结论。
2、田口方法
       田口玄一建立了一种实验设计的应用方法，包括变量属性和制造领域质量工程的经济效益。田口方法包括系统设计、参数设计和公差设计等。
       对于系统设计，田口方法应用科学工程知识建立了一个基本的功能性原型设计，包括产品设计阶段和工艺设计阶段。这两个阶段涉及到了材料、零部件、参数值的选择和生产设备、试验性工艺参数值等的选择。在参数设计阶段，优化参数值以改善质量特性。有参数设计求得的最佳工艺参数值对环境和其他噪声因子引起的变量不敏感。最后利用公差设计求出最佳设置附近的公差。
       由Fisher提出的实验设计方法操作比较复杂，当工艺参数增加时需要做大量实验。而田口方法则利用正交阵列的特殊设计，利用较少的实验次数来研究整个参数空间。田口玄一建议利用损失函数从预期值中求得性能特征；然后将损失函数值转化为信噪比（S/N）。在信噪比分析中通常有三种类型的性能特征：越小越好、越大越好、标准值最佳。根据信噪比分析计算求得每组工艺参数的信噪比。不考虑性能特征的类型时，较大信噪比对应较好的性能特征。因此，最佳工艺参数组就是信噪比最高的一组。另外，利用ANOVA观察哪组工艺参数具有统计显著性。借助S/N和ANOVA可以预测最佳工艺参数组合。最后通过验证实验来证实由参数设计求得的租价工艺参数。
       田口方法的参数设计包括以下步骤：
       ·确认性能特征，选择工艺参数；
       ·求得工艺参数组的数量以及工艺参数间可能的交互作用；
       ·选择适当的正交阵列和分配至正交阵列的工艺参数；
       ·根据正交阵列的排列进行实验；
       ·计算损失函数和信噪比；
       ·利用信噪比和ANOVA分析实验结果；
       ·选择最佳工艺参数组；
       ·通过验证实验确认最佳工艺参数。
       3、磨削工艺
       对圆锥滚柱轴承外环进行内圆磨削加工，内圆磨床的基础工件如图一所示为一个工作头。除了工件和砂轮的旋转运动，内圆磨床带动砂轮在工作区做横向往返运动，同时还为砂轮-工件表面以及砂轮进给运动做反复主轴运动。工件的磨削表面受以下因素影响：
       工件材料———硬质材料需要更精细的磨抛；
       砂轮类型———精细磨粒磨削时的精磨效果更好；
       砂轮修整———不适当的砂轮修整会损坏工件表面；
       进给速度———进给速度较低时精磨效果更好；
       设备刚性———陈旧设备的精整加工质量较差；
       润滑清洁———对润滑剂进行过滤以去除损伤工件表面的杂质。

图一：砂轮