作者：Snehil A. Umredkar, Yash Parikh
       摘要：本研究對磨削工藝中的控制參數進行優化以縮短循環時間，同時保持質量標準。利用設計優化工具田口法求得最佳控制參數。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磨削工藝的我用的性能特征進行研究分析。對進給、位置和速度等不同參數進行優化并得出影響磨削工藝的重要參數。實驗結果證實了該方法的有效性。
       關鍵詞：田口方法,磨削,優化,循環時間,尺寸變化
1、引言
       在現代化制造業領域，企業面臨越來越多的挑戰，特別是產品質量和產量方面，產品壽命周期縮短，成本壓力增大，質量要求提高。為在國際市場保持強有力的競爭，制造企業就必須在成本效益、產品交付時間和質量等方面進行生產優化。利用CNC機床的自動化制造設備在保持高質量標準的同時能夠實現較短的加工時間。
       軸承制造工藝中，磨削是實現零部件要求質量和尺寸的重要工藝；而在磨削工藝中，選擇進給、速度和位置等控制參數并對其進行優化對于實現最短時間內高質量性能產品的加工就非常重要。控制參數一般根據經驗或手冊得到，這些參數反應了零件的尺寸，橢圓度以及間接算入產品交付時間的磨削加工循環時間并最終記為單位時間的生產總量。
       在選擇控制參數方面，基于回歸技術的數學模型需要較大的知識量和經驗，而與之相比，田口方法則能夠提供簡單有效且系統的性能、質量和成本方面的優化設計。此外，田口方法所需實驗次數少、成本低、實驗時間少；而數學模型需要去做大量實驗。通過設置控制參數并降低系統對變量來源的敏感性，田口方法可以優化性能特征并縮短循環時間，同時還能保持工件要求的質量。
       本研究利用田口參數設計提供了一種系統的程序，借助特定的控制參數組合對圓錐滾柱軸承的外環磨削加工中的循環時間和軌道直徑尺寸變化進行優化降低。實驗首先介紹了田口設計方法和圓錐滾柱軸承的外環磨削加工；然后描述了利用參數設計求值并分析最佳控制參數的實驗細節和實驗結果；最后得出結論。
2、田口方法
       田口玄一建立了一種實驗設計的應用方法，包括變量屬性和制造領域質量工程的經濟效益。田口方法包括系統設計、參數設計和公差設計等。
       對于系統設計，田口方法應用科學工程知識建立了一個基本的功能性原型設計，包括產品設計階段和工藝設計階段。這兩個階段涉及到了材料、零部件、參數值的選擇和生產設備、試驗性工藝參數值等的選擇。在參數設計階段，優化參數值以改善質量特性。有參數設計求得的最佳工藝參數值對環境和其他噪聲因子引起的變量不敏感。最后利用公差設計求出最佳設置附近的公差。
       由Fisher提出的實驗設計方法操作比較復雜，當工藝參數增加時需要做大量實驗。而田口方法則利用正交陣列的特殊設計，利用較少的實驗次數來研究整個參數空間。田口玄一建議利用損失函數從預期值中求得性能特征；然后將損失函數值轉化為信噪比（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、標準值最佳。根據信噪比分析計算求得每組工藝參數的信噪比。不考慮性能特征的類型時，較大信噪比對應較好的性能特征。因此，最佳工藝參數組就是信噪比最高的一組。另外，利用ANOVA觀察哪組工藝參數具有統計顯著性。借助S/N和ANOVA可以預測最佳工藝參數組合。最后通過驗證實驗來證實由參數設計求得的租價工藝參數。
       田口方法的參數設計包括以下步驟：
       ·確認性能特征，選擇工藝參數；
       ·求得工藝參數組的數量以及工藝參數間可能的交互作用；
       ·選擇適當的正交陣列和分配至正交陣列的工藝參數；
       ·根據正交陣列的排列進行實驗；
       ·計算損失函數和信噪比；
       ·利用信噪比和ANOVA分析實驗結果；
       ·選擇最佳工藝參數組；
       ·通過驗證實驗確認最佳工藝參數。
       3、磨削工藝
       對圓錐滾柱軸承外環進行內圓磨削加工，內圓磨床的基礎工件如圖一所示為一個工作頭。除了工件和砂輪的旋轉運動，內圓磨床帶動砂輪在工作區做橫向往返運動，同時還為砂輪-工件表面以及砂輪進給運動做反復主軸運動。工件的磨削表面受以下因素影響：
       工件材料———硬質材料需要更精細的磨拋；
       砂輪類型———精細磨粒磨削時的精磨效果更好；
       砂輪修整———不適當的砂輪修整會損壞工件表面；
       進給速度———進給速度較低時精磨效果更好；
       設備剛性———陳舊設備的精整加工質量較差；
       潤滑清潔———對潤滑劑進行過濾以去除損傷工件表面的雜質。

圖一：砂輪