作者：Snehil A. Umredkar, Yash Parikh
       摘要：本研究對磨削工藝中的控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以縮短循環(huán)時(shí)間，同時(shí)保持質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。利用設(shè)計(jì)優(yōu)化工具田口法求得最佳控制參數(shù)。利用正交陣列、信噪比（S/N）和方差分析（ANOVA）對圓錐滾柱軸承的外環(huán)磨削工藝的我用的性能特征進(jìn)行研究分析。對進(jìn)給、位置和速度等不同參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并得出影響磨削工藝的重要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該方法的有效性。
       關(guān)鍵詞：田口方法,磨削,優(yōu)化,循環(huán)時(shí)間,尺寸變化
1、引言
       在現(xiàn)代化制造業(yè)領(lǐng)域，企業(yè)面臨越來越多的挑戰(zhàn)，特別是產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量方面，產(chǎn)品壽命周期縮短，成本壓力增大，質(zhì)量要求提高。為在國際市場保持強(qiáng)有力的競爭，制造企業(yè)就必須在成本效益、產(chǎn)品交付時(shí)間和質(zhì)量等方面進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化。利用CNC機(jī)床的自動(dòng)化制造設(shè)備在保持高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)較短的加工時(shí)間。
       軸承制造工藝中，磨削是實(shí)現(xiàn)零部件要求質(zhì)量和尺寸的重要工藝；而在磨削工藝中，選擇進(jìn)給、速度和位置等控制參數(shù)并對其進(jìn)行優(yōu)化對于實(shí)現(xiàn)最短時(shí)間內(nèi)高質(zhì)量性能產(chǎn)品的加工就非常重要?？刂茀?shù)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或手冊得到，這些參數(shù)反應(yīng)了零件的尺寸，橢圓度以及間接算入產(chǎn)品交付時(shí)間的磨削加工循環(huán)時(shí)間并最終記為單位時(shí)間的生產(chǎn)總量。
       在選擇控制參數(shù)方面，基于回歸技術(shù)的數(shù)學(xué)模型需要較大的知識量和經(jīng)驗(yàn)，而與之相比，田口方法則能夠提供簡單有效且系統(tǒng)的性能、質(zhì)量和成本方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，田口方法所需實(shí)驗(yàn)次數(shù)少、成本低、實(shí)驗(yàn)時(shí)間少；而數(shù)學(xué)模型需要去做大量實(shí)驗(yàn)。通過設(shè)置控制參數(shù)并降低系統(tǒng)對變量來源的敏感性，田口方法可以優(yōu)化性能特征并縮短循環(huán)時(shí)間，同時(shí)還能保持工件要求的質(zhì)量。
       本研究利用田口參數(shù)設(shè)計(jì)提供了一種系統(tǒng)的程序，借助特定的控制參數(shù)組合對圓錐滾柱軸承的外環(huán)磨削加工中的循環(huán)時(shí)間和軌道直徑尺寸變化進(jìn)行優(yōu)化降低。實(shí)驗(yàn)首先介紹了田口設(shè)計(jì)方法和圓錐滾柱軸承的外環(huán)磨削加工；然后描述了利用參數(shù)設(shè)計(jì)求值并分析最佳控制參數(shù)的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果；最后得出結(jié)論。
2、田口方法
       田口玄一建立了一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用方法，包括變量屬性和制造領(lǐng)域質(zhì)量工程的經(jīng)濟(jì)效益。田口方法包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)和公差設(shè)計(jì)等。
       對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，田口方法應(yīng)用科學(xué)工程知識建立了一個(gè)基本的功能性原型設(shè)計(jì)，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段和工藝設(shè)計(jì)階段。這兩個(gè)階段涉及到了材料、零部件、參數(shù)值的選擇和生產(chǎn)設(shè)備、試驗(yàn)性工藝參數(shù)值等的選擇。在參數(shù)設(shè)計(jì)階段，優(yōu)化參數(shù)值以改善質(zhì)量特性。有參數(shù)設(shè)計(jì)求得的最佳工藝參數(shù)值對環(huán)境和其他噪聲因子引起的變量不敏感。最后利用公差設(shè)計(jì)求出最佳設(shè)置附近的公差。
       由Fisher提出的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法操作比較復(fù)雜，當(dāng)工藝參數(shù)增加時(shí)需要做大量實(shí)驗(yàn)。而田口方法則利用正交陣列的特殊設(shè)計(jì)，利用較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)來研究整個(gè)參數(shù)空間。田口玄一建議利用損失函數(shù)從預(yù)期值中求得性能特征；然后將損失函數(shù)值轉(zhuǎn)化為信噪比（S/N）。在信噪比分析中通常有三種類型的性能特征：越小越好、越大越好、標(biāo)準(zhǔn)值最佳。根據(jù)信噪比分析計(jì)算求得每組工藝參數(shù)的信噪比。不考慮性能特征的類型時(shí)，較大信噪比對應(yīng)較好的性能特征。因此，最佳工藝參數(shù)組就是信噪比最高的一組。另外，利用ANOVA觀察哪組工藝參數(shù)具有統(tǒng)計(jì)顯著性。借助S/N和ANOVA可以預(yù)測最佳工藝參數(shù)組合。最后通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)來證實(shí)由參數(shù)設(shè)計(jì)求得的租價(jià)工藝參數(shù)。
       田口方法的參數(shù)設(shè)計(jì)包括以下步驟：
       ·確認(rèn)性能特征，選擇工藝參數(shù)；
       ·求得工藝參數(shù)組的數(shù)量以及工藝參數(shù)間可能的交互作用；
       ·選擇適當(dāng)?shù)恼魂嚵泻头峙渲琳魂嚵械墓に噮?shù)；
       ·根據(jù)正交陣列的排列進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；
       ·計(jì)算損失函數(shù)和信噪比；
       ·利用信噪比和ANOVA分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
       ·選擇最佳工藝參數(shù)組；
       ·通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)確認(rèn)最佳工藝參數(shù)。
       3、磨削工藝
       對圓錐滾柱軸承外環(huán)進(jìn)行內(nèi)圓磨削加工，內(nèi)圓磨床的基礎(chǔ)工件如圖一所示為一個(gè)工作頭。除了工件和砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，內(nèi)圓磨床帶動(dòng)砂輪在工作區(qū)做橫向往返運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還為砂輪-工件表面以及砂輪進(jìn)給運(yùn)動(dòng)做反復(fù)主軸運(yùn)動(dòng)。工件的磨削表面受以下因素影響：
       工件材料———硬質(zhì)材料需要更精細(xì)的磨拋；
       砂輪類型———精細(xì)磨粒磨削時(shí)的精磨效果更好；
       砂輪修整———不適當(dāng)?shù)纳拜喰拚麜p壞工件表面；
       進(jìn)給速度———進(jìn)給速度較低時(shí)精磨效果更好；
       設(shè)備剛性———陳舊設(shè)備的精整加工質(zhì)量較差；
       潤滑清潔———對潤滑劑進(jìn)行過濾以去除損傷工件表面的雜質(zhì)。

圖一：砂輪