第5章機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制2

1、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院黃 微本章主要介紹以下內(nèi)容：本章主要介紹以下內(nèi)容：次序次序 教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 課時(shí)分配課時(shí)分配1 1、 第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度 2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)2 2、 機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度 2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)3 3、 機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度 2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)4 4、 第二節(jié)工藝過程統(tǒng)計(jì)分析第二節(jié)工藝過程統(tǒng)計(jì)分析 2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)5 5、 工藝過程統(tǒng)計(jì)分析工藝過程統(tǒng)計(jì)分析 2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)重點(diǎn)：重點(diǎn)：影響加工精度的因素、幾何誤差及來源、誤影響加工精度的因素、幾何誤差及來源、誤差的敏感方向、工藝系統(tǒng)的幾何誤差及差的敏感方向、工藝系統(tǒng)的幾何誤差及受力變受力變形引起的誤

2、差、工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形引起的誤差、工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形、形、誤差復(fù)映、工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析誤差復(fù)映、工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析難點(diǎn)：難點(diǎn)：影響加工精度的因素、幾何誤差及來源、影響加工精度的因素、幾何誤差及來源、受受力變形引起的誤差力變形引起的誤差1）系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差系系：連續(xù)加工一批工件時(shí)，誤差連續(xù)加工一批工件時(shí)，誤差大小大小和和方向方向保持不變保持不變(常系常系)或按一定規(guī)律變化的或按一定規(guī)律變化的(變系變系)加工誤差。加工誤差。 常值系統(tǒng)誤差常值系統(tǒng)誤差常系常系：原理誤差，機(jī)床、刀、夾、量具的制造誤差，原理誤差，機(jī)床、刀、夾、量具的制造誤差，一次調(diào)整誤差，工藝系統(tǒng)靜力變形；一次調(diào)整

3、誤差，工藝系統(tǒng)靜力變形； 變值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差變系變系：機(jī)床動(dòng)態(tài)（周期性）幾何變形，刀具熱變形、機(jī)床動(dòng)態(tài)（周期性）幾何變形，刀具熱變形、刀具磨損，線性變化；刀具磨損，線性變化；2）隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差隨隨:連續(xù)加工一批工件時(shí)，其大小和方向隨機(jī)變化的加連續(xù)加工一批工件時(shí)，其大小和方向隨機(jī)變化的加工誤差。工誤差。 誤差復(fù)映，測(cè)量誤差，定位夾緊和多次調(diào)整誤差、內(nèi)應(yīng)力變形。誤差復(fù)映，測(cè)量誤差，定位夾緊和多次調(diào)整誤差、內(nèi)應(yīng)力變形。 注意：注意： 對(duì)于系統(tǒng)誤差根據(jù)其規(guī)律可通過調(diào)整或補(bǔ)償加以消除；對(duì)于系統(tǒng)誤差根據(jù)其規(guī)律可通過調(diào)整或補(bǔ)償加以消除； 對(duì)隨機(jī)誤差只能減小其變動(dòng)范圍，不能無法完全消除。對(duì)隨機(jī)誤差只能

4、減小其變動(dòng)范圍，不能無法完全消除。加工誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差大批生產(chǎn)時(shí)：大批生產(chǎn)時(shí)：一、加工誤差的性質(zhì)一、加工誤差的性質(zhì) 1、正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型、特征參數(shù)和特殊點(diǎn)、正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型、特征參數(shù)和特殊點(diǎn) 正態(tài)分布曲線方程正態(tài)分布曲線方程 (概率密度函數(shù)概率密度函數(shù))圖圖 5-63平均值、均方根誤差平均值、均方根誤差2、兩個(gè)特征參數(shù)：、兩個(gè)特征參數(shù)： 算術(shù)平均值算術(shù)平均值 標(biāo)準(zhǔn)偏差（標(biāo)準(zhǔn)偏差（均方根誤差、均方差）均方根誤差、均方差）11niixxn21)(1niixxn實(shí)際生產(chǎn)中多為非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，故需轉(zhuǎn)換。變換公式為：實(shí)際生產(chǎn)中多為非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，故需轉(zhuǎn)換。變換公式為：3、

5、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布、非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布、非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布4、工藝過程分布圖分析、工藝過程分布圖分析 (P189) 制作分布圖了解質(zhì)量分布情況、加工能力、有無廢品及多少制作分布圖了解質(zhì)量分布情況、加工能力、有無廢品及多少 1）樣本容量的確定）樣本容量的確定 通常取通常取 n =50200 2）樣本數(shù)據(jù)整理與計(jì)算）樣本數(shù)據(jù)整理與計(jì)算 剔除異常數(shù)據(jù)，確定尺寸分散范圍、尺寸間隔數(shù)剔除異常數(shù)據(jù)，確定尺寸分散范圍、尺寸間隔數(shù) j、 區(qū)間寬度區(qū)間寬度x(Xmax-Xmin)/j 確定分組數(shù)、組距、組界、組中值確定分組數(shù)、組距、組界、組中值 3）繪制實(shí)際分布圖（直方圖或折線圖）繪制實(shí)際分布圖（直方圖或折線圖

6、） 縱坐標(biāo)為頻數(shù)（工件數(shù)目），橫坐標(biāo)為尺寸間隔?？v坐標(biāo)為頻數(shù)（工件數(shù)目），橫坐標(biāo)為尺寸間隔。見圖見圖 5-61分組數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)直方圖直方圖（直方圖的繪制）曲線與橫坐標(biāo)軸曲線與橫坐標(biāo)軸線圍成的面積之線圍成的面積之和等于和等于1!6 6、分布圖分析法特點(diǎn)、分布圖分析法特點(diǎn) 1）采用大樣本，較接近實(shí)際地反映工藝過程總體；）采用大樣本，較接近實(shí)際地反映工藝過程總體； 2）能將常值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開）能將常值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開(由平均值由平均值x決定決定) 3）只有全部樣本加工后才能繪出曲線，不能反映先后順序，不）只有全部樣本加工后才能繪出曲線，不能反映先后順序，不能將變值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開

7、；能將變值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開； 4）不能及時(shí)提供工藝過程中精度的信息，只能事后分析；）不能及時(shí)提供工藝過程中精度的信息，只能事后分析； 5）計(jì)算復(fù)雜，只適合工藝過程穩(wěn)定的場(chǎng)合。）計(jì)算復(fù)雜，只適合工藝過程穩(wěn)定的場(chǎng)合。*點(diǎn)圖分析法點(diǎn)圖分析法 計(jì)算簡(jiǎn)單，能及時(shí)提供主動(dòng)控制信息，計(jì)算簡(jiǎn)單，能及時(shí)提供主動(dòng)控制信息，可用于穩(wěn)定過程、也可用于不穩(wěn)定過程?？捎糜诜€(wěn)定過程、也可用于不穩(wěn)定過程。7 工藝過程分布圖分析工藝過程分布圖分析 判斷加工誤差性質(zhì)判斷加工誤差性質(zhì) 系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差 確定工序能力及等級(jí)確定工序能力及等級(jí) 工序能力系數(shù)工序能力系數(shù)Cp指滿足加工精度的程度指滿足加工精度的程

8、度 Cp=T /6 確定不合格率確定不合格率 工序能力系數(shù) 工序等級(jí) 說 明 CP1.67 特級(jí) 工序能力過高1.67 CP 1.33 一級(jí) 工序能力足夠1.33 CP 1.00 二級(jí) 工序能力勉強(qiáng)1.00 CP 0.67 三級(jí) 工序能力不足 0.67 CP 四級(jí) 工序能力很差工序能力等級(jí)即圖中陰影面積可利用即圖中陰影面積可利用概率密度積分表計(jì)算概率密度積分表計(jì)算8、工件尺寸在某區(qū)間內(nèi)的概率、工件尺寸在某區(qū)間內(nèi)的概率工件尺寸落在工件尺寸落在 3范圍范圍內(nèi)的概率為內(nèi)的概率為 99.73%.若尺寸分布中心與公差中心若尺寸分布中心與公差中心重合，不產(chǎn)生廢品的條件是：重合，不產(chǎn)生廢品的條件是：T 6

9、Q廢廢= 0.5 (Z)若兩中心不重合，存在常值系統(tǒng)誤差若兩中心不重合，存在常值系統(tǒng)誤差系系。T 6系系x將非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概率密度將非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概率密度函數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概函數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概率密度函數(shù)后可利用概率密率密度函數(shù)后可利用概率密度積分表（見度積分表（見p192表表5-3）進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。變換變換Z對(duì)應(yīng)的陰影面積對(duì)應(yīng)的陰影面積（Z）圖圖 5工件的數(shù)量工件的數(shù)量%(概率密概率密度度)用陰影面積表示用陰影面積表示x工件最小工件最小=x1X工件最大工件最大=（ZA）（ZB）BA 計(jì)算合格率、不合格率計(jì)算合格率、不合格率 6= 0. 156= 0. 15 T = 0.1T =

10、0.1有廢品，有廢品， Cp=T/6= 0.1/0.15 = 0.67Cp=T/6= 0.1/0.15 = 0.67根據(jù)根據(jù)p193p193的敘述，知系統(tǒng)加工工藝能力很差的敘述，知系統(tǒng)加工工藝能力很差 工件的最大極限尺寸工件的最大極限尺寸 x xmax= 20 max= 20 mm ( (理論值理論值) ) 工件的最大極限尺寸工件的最大極限尺寸 x xmin= 19.9min= 19.9mm解：解： 公差帶中心公差帶中心X X公中公中= =（20-19.920-19.9）/2+19.9/2+19.919.95mm19.95mm 尺寸分布中心尺寸分布中心 = =X X公中公中+=19.95+0.

11、03=19.98+=19.95+0.03=19.98 常值系統(tǒng)誤差常值系統(tǒng)誤差系系= = X X公中公中=0.03=0.03mmmm 隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差6=66=60.025=0.150.025=0.15或或3=3=0.0750.075mmmm根據(jù)邏輯關(guān)系判斷根據(jù)邏輯關(guān)系判斷實(shí)際值實(shí)際值實(shí)際值實(shí)際值 三三. 工藝過程的點(diǎn)圖分析工藝過程的點(diǎn)圖分析（2）均值）均值-極差點(diǎn)圖或極差點(diǎn)圖或X-R圖圖 采用順序小樣本（采用順序小樣本（46） ，由小樣本均值點(diǎn)圖和極差點(diǎn)，由小樣本均值點(diǎn)圖和極差點(diǎn) 圖組成，橫坐標(biāo)為小樣本組序號(hào)。具體作法如下：圖組成，橫坐標(biāo)為小樣本組序號(hào)。具體作法如下： 定期測(cè)小樣本尺寸；定期

12、測(cè)小樣本尺寸； 計(jì)算均值計(jì)算均值 和極差和極差R： R =xmax- xmin 確定中心線確定中心線 和和 R 小樣本組小樣本組20 30 確定上下控制線確定上下控制線 工件公差帶上下控制限工件公差帶上下控制限ES 、EI ，樣本均，樣本均值值x的上下控制限的上下控制限UCL、LCL，定期描點(diǎn)定期描點(diǎn)xx均值點(diǎn)圖上下控制線的確定：均值點(diǎn)圖上下控制線的確定：極差點(diǎn)圖上下控制線的確定：極差點(diǎn)圖上下控制線的確定：均值點(diǎn)圖反映了質(zhì)量指標(biāo)分布中心均值點(diǎn)圖反映了質(zhì)量指標(biāo)分布中心(系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差)的變化的變化 極差點(diǎn)圖反映了質(zhì)量指標(biāo)分布范圍極差點(diǎn)圖反映了質(zhì)量指標(biāo)分布范圍(隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差)的變化的變化（3

13、）均值）均值-極差點(diǎn)圖分析極差點(diǎn)圖分析 生產(chǎn)過程穩(wěn)定的標(biāo)志：生產(chǎn)過程穩(wěn)定的標(biāo)志： 沒有點(diǎn)子超出控制線；沒有點(diǎn)子超出控制線； 大部分點(diǎn)在中線附近波動(dòng)，小部分點(diǎn)在控制線附近；大部分點(diǎn)在中線附近波動(dòng)，小部分點(diǎn)在控制線附近； 點(diǎn)子無明顯規(guī)律性點(diǎn)子無明顯規(guī)律性 生產(chǎn)過程不穩(wěn)定的標(biāo)志：生產(chǎn)過程不穩(wěn)定的標(biāo)志： 點(diǎn)子超出控制線或密集在控制線附近；點(diǎn)子超出控制線或密集在控制線附近； 連續(xù)點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)；連續(xù)點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)； 明顯規(guī)律性，如上升或下降傾向；明顯規(guī)律性，如上升或下降傾向； 點(diǎn)子有周期性波動(dòng)點(diǎn)子有周期性波動(dòng)根據(jù)點(diǎn)子分布情況及時(shí)查找原因采取措施根據(jù)點(diǎn)子分布情況及時(shí)查找原因采取措施1.若極差若

14、極差R未超控制線，說明加工中瞬時(shí)尺寸分未超控制線，說明加工中瞬時(shí)尺寸分 布較穩(wěn)定。布較穩(wěn)定。2.若均值有點(diǎn)超出控制線，甚至超出公差界限，若均值有點(diǎn)超出控制線，甚至超出公差界限， 說明存在某種占優(yōu)勢(shì)的系統(tǒng)誤差，過程不穩(wěn)定。說明存在某種占優(yōu)勢(shì)的系統(tǒng)誤差，過程不穩(wěn)定。 若點(diǎn)圖緩慢上升，可能是系統(tǒng)熱變形；若點(diǎn)圖若點(diǎn)圖緩慢上升，可能是系統(tǒng)熱變形；若點(diǎn)圖 緩慢下降，可能是刀具磨損。緩慢下降，可能是刀具磨損。3.采取措施消除系統(tǒng)誤差后，隨機(jī)誤差成主要因采取措施消除系統(tǒng)誤差后，隨機(jī)誤差成主要因 素，分析其原因，控制尺寸分散范圍。素，分析其原因，控制尺寸分散范圍。 尺寸精度尺寸精度形狀精度形狀精度位置精度位置精

15、度（通常形狀誤差限制在位置公（通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(nèi)）差內(nèi)）表面粗糙度表面粗糙度波度波度紋理方向紋理方向傷痕：劃痕、裂紋、砂眼傷痕：劃痕、裂紋、砂眼加工精度表面質(zhì)量表面幾何形狀精度表面幾何形狀精度表面缺陷層表面缺陷層表層加工硬化表層加工硬化表層金相組織變化表層金相組織變化表層殘余應(yīng)力表層殘余應(yīng)力 加工精度：零件加工后實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)接近程度。 零件宏觀幾何形狀誤差、波度、表面粗糙度 a）波度 b）表面粗糙度 圖4-2 零件加工表面的粗糙度與波度RZHRZRa（m）初始磨損量重載荷輕載荷表面粗糙度與初始磨損量表面粗糙度值耐疲勞性

16、適當(dāng)硬化可提高耐疲勞性表面粗糙度值耐蝕性表面壓應(yīng)力：有利于提高耐蝕性表面粗糙度值 配合質(zhì)量表面粗糙度值耐磨性；適當(dāng)硬化可提高耐磨性圖5-71 車削時(shí)殘留面積的高度（4-31）rrfHctgctg28fHr（4-32）,rrrkkf刀尖圓弧半徑主偏角副偏角進(jìn)給量frRmaxvfrb）Rmaxfa）vfrr圖5-75 切削45鋼時(shí)切削速度與粗糙度關(guān)系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（m）481216202428收縮系數(shù)Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度 h（m） 0200400600hKsRz切削用量影響切削用量影響 刀具影響刀具影響00.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)100180260340硬度(HV)50鋼，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z)圖4-65 后刀面磨損對(duì)冷硬影響工件材料圖4-64 f 和 v 對(duì)冷硬的影響硬度(HV)0f (mm /r)0.20.40.60.8v =170(m