圆柱滚子外圆研磨优化实验研究

轴承是装备制造业中重要的、关键的精密零部件，被誉为装备制造业的“心脏”，其主要用途是支撑机械旋转体，降低设备在传动过程中的机械摩擦系数，提高设备工作效率[1-3]。随着工业发展，轴承作为基础零部件，其性能要求也越来越高。大量实验表明，当精密轴承在高速运转环境下工作时，轴承转速可达到以上[4-5]。圆柱滚子作为一种滚动体，其精度和一致性对轴承性能和寿命有至关重要的影响，约60%～70%的轴承失效形式是由于滚动体受到了不同程度的疲劳破坏所致[6]。因此，提高圆柱滚子的形状精度和表面质量有助于提升轴承性能和延长寿命。

2.1 3组病例一般情况比较 我们发现，3组病例间性别、年龄、及一些基础疾病（高血压病、糖尿病、脑卒中）患病率差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。

目前，圆柱滚子的加工方法主要采用无心磨削方式[7-10]，国际先进的无心加工技术可批量加工圆柱滚子外圆，其圆度误差可达0.1～0.3 μm[11]。虽然无心磨削加工方法生产效率高，容易实现自动化和批量化生产，但是其加工精度严重依赖于机床的机械结构和精度。存在工件中心位置变化、工件中心直线运动与砂轮轴线误差、工件与运动速度误差、托板工作面接触不稳定性，以及砂轮和导轮等部件本身的磨损等问题，严重影响滚子的加工精度[12]。

双平面方式研磨抛光方法已在硅片、蓝宝石片、石英晶片、玻璃显示面板、密封环、光学水晶等平面元件的超精密加工领域得到广泛应用。为了平衡低成本、高效率、高精度、高一致性等加工需求，近年来，浙江工业大学的袁巨龙教授团队提出了一种基于双平面方式的加工方法，来加工圆柱滚子圆柱面。

从上面的分析可以看出,新教学楼3层、4层的多媒体教室开通视频点播后,网络时延、数据库查询及HTTP页面的响应时间都增加了很多,浏览网页的响应时间为5.87 s左右,这是一个很“漫长”的时间,远远超过浏览网页的最大阈值400 ms[13],网络此时已不堪重负．核心交换机CS6509与汇聚交换机CS3560G之间的下行链路吞吐量达到940.32 Mb/s,链路利用率达到94.03%,如此高的吞吐量及链路利用率自然会产生较大的网络时延[14]．由此可知，核心交换设备与汇聚交换设备之间的主干链路速率是科文学院校园网的“瓶颈”．

为此，利用圆柱外圆轮廓圆度修正及圆柱滚子外圆尺寸一致化原理[13]，采用双平面的偏心式圆柱滚子，并进行正交实验，分析工件偏角、工件位置、转速组合对圆柱滚子的材料去除率、表面粗糙度及圆度的影响，来确定圆柱滚子双平面研磨的最佳工艺参数。

1 加工机构及原理

圆柱滚子研磨的目的主要是修整圆柱滚子的几何精度和尺寸精度，采用双平面方式研磨圆柱滚子，图1给出了基于双平面的偏心式圆柱滚子加工机构示意图。机构主要包括如下构件: 上研磨盘、下研磨盘、偏心轮、保持架、齿圈。其中：上研磨盘和下研磨盘同轴放置，偏心轮几何中心与主轴中心存在偏心距；保持架中心与偏心轮几何中心同轴，保持架外圆有齿，与外齿圈啮合；上、下研磨盘、偏心轮、齿圈，分别由不同电机独立驱动。加工前，圆柱滚子放置于保持架上均匀分布的八角形槽孔里，加载压力由加载装置通过上研磨盘施加。加工时，保持架自转同时绕研磨盘中心公转，圆柱滚子在上、下研磨盘和保持架作用下既绕夹具中心公转又同时自身滚动，作复杂空间运动。研磨液通过上研磨盘上的孔流到圆柱滚子与上、下研磨盘接触区域，通过游离磨料中的硬质磨粒对工件表面进行材料去除，其加工基本原理如图2所示。

  

图1 偏心式圆柱滚子加工机构示意图

 

Fig. 1 Schematic of machining principle of eccentric motion

  

图2 双平面方式圆柱加工方法的基本原理

 

Fig. 2 Principle of double-sides cylindrical lapping process

2 实验方案

2.1 实验条件

实验所用加工装置是自主研制的双平面研磨抛光机，如图3所示。实验所用工件为φ20 mm×30 mm的GCr15圆柱滚子，实验每组每次加工10个工件；加工时间15 min；加工载荷为10 N/滚子；研磨液磨料采用α相Al2O3，磨料平均颗粒尺寸2.7 μm；根据研磨液配制实验，研磨液质量浓度为20%时，研磨液的分散性好，悬浮性佳，较长时间不沉积。图4为某组工件的初始表面粗糙度、初始圆度测量结果。从图4中可以看出：工件初始表面粗糙度为(0. 075±0.011) μm，初始圆度为(0.64±0.1) μm。其他组工件的初始数据基本相同。以材料去除率、表面粗糙度、圆度为评价指标，综合选取最优工艺参数。其中：材料去除率由精密天平(精度为0.000 1 g)称量实验前后滚子的质量变化进行计算获得；表面粗糙度用日本 Mitutoyo SJ-410型粗糙度仪(精度为 0.1 nm，取样长度为4 mm)测量；圆度用德国MMQ400型圆度仪测量。

  

图3 双平面研磨抛光机

 

Fig. 3 Double-sides grinding and polishing machine

  

图4 某组工件的初始表面质量测量结果

 

Fig. 4 Initial results of a set of cylindrical roller

2.2 实验设计

采用ANOVA方差分析[16]评估正交实验中每个因素对评价指标的影响程度。实验总次数为9，自由度为9，因素个数为4，每个因素的水平个数为3，每个因素水平重复次数为3。根据实验结果进行方差分析，得到如图 9 所示的权重比例图。

(2)由S/N平均响应分析和方差分析可知：最优工艺参数是工件偏角为0°，工件位置为0.8，上抛光盘转速为-76 r/min，下抛光盘转速为84 r/min，偏心轮转速为80 r/min，外齿圈转速为48 r/min。在此工艺参数下进行优化试验，加工15 min后，圆柱滚子的去除率达到0.541 μm/min；表面粗糙度由0.078 μm下降至0.045 μm，比初始表面粗糙度降低42.3%；圆度由0.74 μm下降至0.41 μm ，比原始圆度降低44.6%。

(1)

式中:Lrc为圆柱滚子中心与夹具中心的距离;Lco为夹具中心与研磨盘中心的距离；且Lrc与Lco之和为一个定值。

 

表1 加工参数及其水平设计表

 

Table 1 Processing parameters and levels

  

水平工件偏角α/(°)(A)工件位置(B)转速组合n/(r/min) (C)上研磨盘下研磨盘偏心轮外齿圈100.6-80878116250.7-768480483100.8-421203612

 

表2 正交实验设计表L9(34)

 

Table 2 Orthogonal experimental design L9(34)

  

试验号加工参数ABCD111112122231333421235223162312731328321393321

  

图5 工件位置示意图及夹具实物图

 

Fig. 5 Workpiece position and fixture

3 实验结果与分析

3.1 S/N平均响应分析

田口法的参数设计通过多重性能特性分析、优化，强调利用信噪比来衡量产品质量特性指标的波动，即用S/N响应分析找出最优的研磨工艺参数[15-16]。实验中，材料去除率越大越好，评价标准是望大信噪比特性(S/N值越大越好)，用(2)式计算；表面粗糙度、圆度越小越好，评价标准是望小信噪比特性(S/N值越小越好)，用(3)式计算。

 

(2)

 

(3)

式中：n是每组实验的测量次数；yi表示第i组实验中材料去除率、表面粗糙度、圆度。

关于算法1，接下来针对其性能进行量化分析.由于算法1中是对pu做目标函数加扰的差分隐私保护处理，因此是对pu的性能进行分析.

图10给出了优化实验中某一滚子加工前后的表面粗糙度、圆度测量值。5组优化实验结果的平均值是：加工15 min后，圆柱滚子的材料去除率为0.541 μm/min；表面粗糙度Ra由0.078 μm下降至0.045 μm ，比初始表面粗糙度降低42.3%；圆度由0.74 μm下降至0.41 μm ，比原始圆度降低44.6%。

工艺参数对材料去除率MRR的S/N值的影响如图6所示。由图6可知：材料去除率随着工作偏角、工件位置的增大而提高。这是由于单位时间内，随着工件偏角的增大，滚子圆柱面加工轨迹越来越密集，从而单位时间内，圆柱滚子的切削路程就越长，故材料去除率也随之增大；工件位置的增加导致加工过程中圆柱滚子的滚动角速度增大，使得单位时间内，圆柱滚子与磨料切削次数增多，故而提高了材料去除率。同样当转速组合为水平2时，圆柱面上的加工轨迹最为密集，此组合下，圆柱滚子的切削速度最大，单位时间内，轨迹越密集，参与切削的次数越多，故此时材料去除率最大。最优的工艺参数组合是A3B3C2。

  

图6 工艺参数对材料去除率MRR的S/N值的影响Fig.6InfluenceofparametersonS/NofMRR

(2)S/N平均响应对表面粗糙度影响分析

工艺参数对表面粗糙度Ra的S/N值的影响如图7所示。由图7可知：表面粗糙度随着工作偏角的增大，先增大后减小；随着工件位置的增大，先减小后增大；选用转速组合水平2可以得到更好的表面质量。结合参考文献[13]中的仿真结果分析，认为是由于随着工件偏角的增加，滚子圆柱面加工轨迹均匀性先变差，然后逐渐变好，因而表面加工质量提高。工件位置变大，导致加工过程中磨料与圆柱滚子母线方向切削变得均匀，故表面粗糙度会减小；当超过某一临界值时，母线方向上的切削均匀性逐渐变差，故表面粗糙度增大。在转速组合2下，圆柱滚子加工轨迹最为均匀，圆柱滚子母线方向上的切削最为均匀，从而得到好的表面粗糙度。最优的工艺参数组合是A1B2C2。

第二阶段，动物是作为灵物受到崇拜的。动物不再是人的祖先，但因为它具有某种人特别向往的本领，因而被人看成灵物。这个时候，动物不是人，是神。

  

图7 工艺参数对表面粗糙度Ra的S/N值的影响Fig.7InfluenceofparametersonS/NofRa

(3)S/N平均响应对圆度影响分析

LIU Wei. Performance analysis of rolling bearing considering thermal effect and surface defects [D]. Beijing: Beijing Institute of Technology, 2016.

中国旅游需求市场不断扩大，旅游产业迅速发展，2017年以携程为代表的规模最大的20家旅游集团全年总交易额达1.53万亿元，同比增长34.2%，创历史新高。2018年上半年，出境游人数就已达到7131万人次，随着国民消费水平的提高，中国游客逐渐积累起更多旅行经验，尤以90后为代表的新一代旅行者成为消费市场主力军，也带动中国游客整体信息获取能力、消费决策能力的进步。

[9] RASCALHA A, BRANDAO L C, FILHO S L M R. Optimization of the dressing operation using load cells and the Taguchi method in the centerless grinding process [J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2013, 67(5-8): 1103-1112.

比较两组患儿客观噪声值与信噪比，差异不大（P＞0.05），左心室强化CT值与对比噪声比数据显示差异显著，具备统计学意义（P＜0.05）。详见表2。

  

图8 工艺参数对圆度ΔR的S/N值的影响Fig.8InfluenceofparametersonS/NofΔR

3.2 ANOVA方差分析

姚蔚峰[13]对圆柱滚子圆柱面的加工轨迹进行了仿真，并对其均匀性进行了定量分析，认为其加工轨迹及均匀性与圆柱滚子的加工效率和精度有直接关系。在圆柱滚子研磨加工过程中，影响圆柱滚子外圆加工效率和精度的因素有很多，主要有工件材料、加工系统的稳定性、转速组合、工件偏角、工件位置、磨料浓度、加载压力、磨料尺寸等。在工件材料、磨料浓度、磨料粒径、加工压力给定的条件下，实验主要考虑工件偏角(A)、工件位置(B)、转速组合(C) 3个关键的工艺参数在研磨过程中对圆柱滚子的材料去除率(MRR)、表面粗糙度(Ra)、圆度(ΔR)的影响，每个工艺参数有3个水平因子，加工参数及其水平如表1所示。由田口法可知[14]：需选L9(34)正交表来设计实验，如表2所示，D列为空白列。其中工件偏角α的定义如图5所示,图5中O为下盘中心,Oc为夹具中心,Or为圆柱滚子中心。为了描述圆柱滚子、夹具和研磨盘三者之间的相对位置，工件位置KL可定义为[13]：

这些天，我和阿花又跑来了四五笔订单。每跑来一笔订单，我们都很兴奋，把那事发挥得淋漓尽致。完事了，阿花说，我还要。吓得我的腿都软了。我说有个笑话你没听说过吗，男人喜欢女人说我要，最怕女人说我还要。阿花一逗就乐，笑得弯下了腰，笑够了用拳头来捶我，说什么呀，人家还要的是订单，才不要你呢。于是我提起裤子，穿好西装领带，又跟着阿花四处奔波，跑淡水，跑横岗、观澜、公明，还有东莞的长安、凤岗等地。太阳热气腾腾像要把人的汗水烤干似的，那些树草花木早就烤得服服帖帖了，动都不动一下。我说阿花你把空调打到最低，大汗淋漓去见客户，人家肯定说咱俩没干好事。

 

 

  

(a) 对材料去除率的影响权重(b) 对表面粗糙度的影响权重(c) 对圆度的影响权重图9 权重比例图

 

Fig. 9 Weight scale diagram

从图9可以看出：(1)材料去除率的各个因素影响权重依次为A(45.01%)>C(36.00%)>B(12.10%)>其他因素 (6.89%)；(2)粗糙度的各个因素影响权重依次为C(51.60%)>A(27.79%)>B(15.77%)>其他因素(4.84%)；(3)圆度的各个因素影响权重依次为B(48.30%)>C(28.42%)>A(20.93%)>其他因素(2.35% )。

从ANOVA方差分析中，工件偏角对材料去除率影响最大，同时对表面粗糙度、圆度有较显著影响；工件位置对圆度影响最大，对材料去除率、表面粗糙度影响次之；转速组合对材料去除率、表面粗糙度影响显著，对圆度有较显著影响，不可忽视。就圆柱滚子工件而言，表面粗糙度、圆度相比于材料去除率是更为重要的加工指标，故工件偏角选取A1；由于工件位置对圆度影响最大，相比而言对表面粗糙度影响较小，故工件位置选取B3；转速组合选取C2。因此，最优的工艺参数组合为A1B3C2。即工件偏角为0°，工件位置为0.8，上抛光盘转速为-76 r/min，下抛光盘转速为84 r/min，偏心轮转速为80 r/min，外齿圈转速为48 r/min。

3.3 工艺参数优化

在ANOVA 方差分析中给出的最优工艺参数组合为A1B3C2下，再配合其他参数形成一个优化的实验参数组合，如表3所示。在表3的条件下进行5组重复加工实验，实验结果取5组实验结果的平均值。

翻模施工中，混凝土浇筑是最重要的环节。混凝土的拌和生产、浇筑等工序应由专人负责，浇筑前应认真检查模板，将模板表面清理干净，严格按照对称、均匀的原则进行混凝土浇筑。分层振捣，确保浇筑稳固。

 

表3 优化实验工艺参数

 

Table 3 Optimized process parameters

  

工艺参数 取值磨料α相Al2O3,平均颗粒尺寸2.7μm研磨液配比m磨料∶m切削液∶m清洗剂∶m去离子水=20∶2∶1∶100工件偏角α/(°)0工件位置0.8转速组合水平2加载压力p10N/滚子加工时间t/min15工件数量10个/组工件材料GCr15轴承钢,ϕ20mm×30mm

(1)S/N平均响应对材料去除率影响分析

  

(a)加工前(b)加工后图10 某一滚子加工前后的表面粗糙度、圆度Fig.10Surfaceroughnessandroundnessofarollerbeforeandafterprocessing

图11为优化实验中滚子加工前后的对比图，图12为金相显微镜观测的圆柱滚子研磨前后表面微观照片。从图11和图12看出：加工前圆柱滚子表面质量差，微观照片布满错乱划痕；研磨15 min后 ，划痕逐渐消除，表面光滑平整。

  

图11 滚子加工前后对比图

 

Fig. 11 Contrast of roller before and after processing

 

  

图12 圆柱滚子加工前后表面微观照片

 

Fig. 12 Micrographs of a roller surface before and after lapping

4 结论

(1)正交实验结果表明：工件偏角对材料去除率的影响最显著，转速组合的影响次之，工件位置的最小；转速组合对表面粗糙度的影响最显著，工件偏角的影响次之，工件位置的最小；工件位置对圆度的影响最显著，转速组合的影响次之，工件偏角的最小。

KL=Lrc/(Lco+Lrc)

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我们可以清楚看到，这是一个有“长度”的教学，三个“时间窗口”节点上的教学内容和教学要求，环环相扣，层层递进.很多时候，一个重要知识的发生发展是要经历一个很长的过程的，它的源头在哪里？其间会发生什么？最后要达成的目标是什么？需要我们老师通过研究去发现，去把握，在实际教学过程中，我们要心中有数，要早做计划，要有“草蛇灰线，伏脉千里”的意识，要体现数学知识发生发展的整体性，连贯性.老师要通过学习、研究来练就这个本领，要切实遵循“循序渐进”的规律来进行这样的课堂教学.

[3] 刘亮, 陈涛. 轴承倾斜性检测设备的设计 [J]. 湖南农机:学术版, 2013(9): 69-69.

我国农村地区的基础设施建设还比较为落后，支持性的设施功能较为薄弱，接收各类信息的渠道有限且十分单一，单纯依靠电视等媒介，不能够实现全面接收媒介信息和覆盖各项基础设施建设，这直接导致了农村地区在信息接收上的滞后性和不全面性。在农忙和收获的季节，农村地区接收到的有限的农业气象信息难以及时有效地传送田间、地头，气象预警信息的预警作用受到了更大的限制。

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2.2 女性脑卒中患者的自我感受负担水平 女性脑卒中患者自我感受负担得分为13～46分，平均分为(34.05±6.24)分，处于中度负担水平。其中，91.87%的患者存在不同程度的自我感受负担，仅9.13%的患者无明显自我感受负担。详见表2。

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工艺参数对圆度ΔR的S/N值的影响如图8所示。由图8可知：随着工件偏角的增加，滚子的圆度逐渐增大；随着工件位置的增大，滚子的圆度逐渐减小；转速组合2相对于组合1、3，圆度最小。结合参考文献[13]中的仿真结果分析，这是由于工件偏角的增大，圆柱滚子截面去除均匀性越差，从而截面成型质量越差，导致圆度逐渐变大，滚子形状精度越差；随着工件位置的增大，滚子的截面去除均匀性越好，从而截面成型质量越好，进而圆度逐渐减小；同样当转速组合2时，相比其他转速组合，滚子的截面去除均匀性最好，从而截面成型质量最好，即此时圆度最小。最优的工艺参数组合是A1B3C2。

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0和1都是生活中处处可见的数字，虚数i则存在于人们的想象之中，只有e似乎最低调，在生活中，大多数人终其一生甚至都不曾见过e的踪影。然而吊诡的是，就是这样一个处处隐姓埋名的无理数，却揭示了宇宙中最深刻的秘密，并且反映了自然界诸多事物发展的底层规律。

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种猪、仔猪调运难度或将降低。由于种猪调运涉及生猪生产，因此未被完全限制调运。但是由于当前政策执行力度等原因，实际调运难度较大，本次新闻发布会农业部表示后续在不违背政策的情况下，尽量方便种猪和仔猪调运，因此判断后续非洲猪瘟限制调运政策对于产能的影响或将降低，母猪和仔猪产能变化主要还是受盈利驱动。

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