第五章 機械制造質量分析與控制1

1、第五章第五章 機械制造質量分析與控制機械制造質量分析與控制第一節(jié)第一節(jié) 機械加工精度機械加工精度第二節(jié)第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計分析工藝過程的統(tǒng)計分析第三節(jié)第三節(jié) 機械加工表面質量機械加工表面質量第四節(jié)第四節(jié) 機械加工過程中的振動機械加工過程中的振動產品質量包括三層含義：產品質量包括三層含義：1 設計質量設計質量：產品設計與用戶期望之間的符合程度產品設計與用戶期望之間的符合程度2 制造質量制造質量：產品制造與設計的符合程度（產品制造與設計的符合程度（分與零分與零件制造質量和產品的裝配質量有關件制造質量和產品的裝配質量有關）3 服務質量服務質量：售前服務，售后培訓、維修、安裝。售前服務，售后培訓、維

2、修、安裝。 零件制造質量零件制造質量：包括零件幾何精度和表面層：包括零件幾何精度和表面層物理機械性能兩方面物理機械性能兩方面幾何形狀誤差：幾何形狀誤差：機械制造質量機械制造質量尺寸精度位置精度宏觀幾何形狀精度表面粗糙度波度表面層材料物理力學性能加工精度表面質量幾何形狀誤差幾何形狀誤差第一節(jié)第一節(jié) 機械加工精度機械加工精度一、概述一、概述1. 1. 加工精度與加工誤差加工精度與加工誤差加工精度加工精度：零件加工后的實際幾何參數（尺寸、：零件加工后的實際幾何參數（尺寸、形狀和位置）與形狀和位置）與理想幾何參數理想幾何參數的的。加工誤差：加工誤差：零件加工后的實際幾何參數（尺寸、零件加工后的實際幾何

3、參數（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數的形狀和位置）與理想幾何參數的。一、概述一、概述2. 加工經濟精度加工經濟精度對于一種加工方法，在正常對于一種加工方法，在正常加工條件下加工條件下（采用符合質量（采用符合質量標準的設備、工藝裝備和標標準的設備、工藝裝備和標準技術等級的工人，不延長準技術等級的工人，不延長加工時間）加工時間）所能保證的加工所能保證的加工精度。精度。經濟加工精度為經濟加工精度為一個范圍一個范圍，在此范圍內是經濟的，且可在此范圍內是經濟的，且可隨工藝水平的提高而變化。隨工藝水平的提高而變化。一、概述一、概述3. 原始誤差原始誤差 工藝系統(tǒng)存在著誤差是引起加工誤差的根工藝系統(tǒng)存在著

4、誤差是引起加工誤差的根本原因，將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。本原因，將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。包括包括幾何誤差、定位誤差、受力變形引起的加工誤差、受幾何誤差、定位誤差、受力變形引起的加工誤差、受熱變形引起的加工誤差、內應力重新分布引起的變形以及熱變形引起的加工誤差、內應力重新分布引起的變形以及原理誤差、調整誤差和測量誤差等。原理誤差、調整誤差和測量誤差等。 原理誤差原理誤差 工件裝夾誤差工件裝夾誤差 調整誤差調整誤差 機床誤差機床誤差 夾具誤差夾具誤差 刀具制造誤差刀具制造誤差刀具磨損刀具磨損工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受熱變形工藝系統(tǒng)受熱變形內應力引起的變形內應力引起的變形測

5、量誤差測量誤差加工前加工前加工中加工中加工后加工后與初始狀態(tài)有關與初始狀態(tài)有關與工藝過程有關與工藝過程有關工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)靜誤差靜誤差工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)動誤差動誤差一、概述一、概述4.4.誤差敏感方向誤差敏感方向RYRRR =X202YYRRXRX 顯然：XYRR 誤差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）一、概述一、概述5. 研究機械加工精度的方法研究機械加工精度的方法在掌握各原始誤差對加工精度影響規(guī)律的基礎上，分析加在掌握各原始誤差對加工精度影響規(guī)律的基礎上，分析加工中所出現的誤差可能是哪一個或哪幾個主要原始誤差所工中所出現的誤差可能是哪一個或哪幾個主要原始誤差所引起的，并找出原始誤差與加工誤差之

6、間的影響關系，進引起的，并找出原始誤差與加工誤差之間的影響關系，進而通過估算來確定工件的加工誤差的大小，再通過試驗測而通過估算來確定工件的加工誤差的大小，再通過試驗測試來加以驗證。試來加以驗證。對具體加工條件下加工得到的幾何參數進行實際測量，然對具體加工條件下加工得到的幾何參數進行實際測量，然后運用數理統(tǒng)計學方法對這些測試數據進行分析處理，找后運用數理統(tǒng)計學方法對這些測試數據進行分析處理，找出工件加工誤差的規(guī)律和性質，進而控制加工質量。出工件加工誤差的規(guī)律和性質，進而控制加工質量。分析計算法分析計算法統(tǒng)計分析法統(tǒng)計分析法各項原始誤差單獨的變化規(guī)律各項原始誤差單獨的變化規(guī)律各項誤差綜合的變化規(guī)律

7、各項誤差綜合的變化規(guī)律二、工藝系統(tǒng)幾何誤差二、工藝系統(tǒng)幾何誤差1 1、機床的幾何誤差、機床的幾何誤差機床、刀具、夾具的幾何誤差機床、刀具、夾具的幾何誤差主軸回轉誤差、導軌誤差、傳動鏈誤差主軸回轉誤差、導軌誤差、傳動鏈誤差（1）主軸回轉誤差：主軸各瞬間實際回轉軸）主軸回轉誤差：主軸各瞬間實際回轉軸線對其平均回轉軸線的變動量?？煞纸鉃榫€對其平均回轉軸線的變動量?？煞纸鉃閺綇较驁A跳動向圓跳動、軸向竄動軸向竄動和和角度擺動角度擺動三種形式。三種形式。1 1、機床的幾何誤差、機床的幾何誤差（1）主軸回轉誤差）主軸回轉誤差產生徑向回轉誤差的原因：主軸軸頸的同軸度誤差、軸承產生徑向回轉誤差的原因：主軸軸頸的

8、同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸撓度等。本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸撓度等。產生軸向竄動的原產生軸向竄動的原因：主軸軸肩端面因：主軸軸肩端面和軸承承載端面對和軸承承載端面對主軸回轉軸線有垂主軸回轉軸線有垂直度誤差。直度誤差。注意：注意：車床和鏜床車床和鏜床主軸回轉誤差的影主軸回轉誤差的影響因素的差別響因素的差別1 1、機床的幾何誤差、機床的幾何誤差（1）主軸回轉誤差）主軸回轉誤差提高機床主軸回轉精度的措施提高機床主軸回轉精度的措施：提高主軸及箱：提高主軸及箱體的制造精度、選用高精度的軸承、提高主軸體的制造精度、選用高精度的軸承、提高主軸部件的裝配精度、對

9、高速主軸部件進行平衡、部件的裝配精度、對高速主軸部件進行平衡、對滾動軸承進行預緊等。對滾動軸承進行預緊等。此外，還可從工藝方面采取轉移主軸回轉誤差此外，還可從工藝方面采取轉移主軸回轉誤差的措施。的措施。1 1、機床的幾何誤差、機床的幾何誤差（2）導軌誤差）導軌誤差導軌副運動件實際運動方向與理想運動方向的偏差此外，導軌的不均勻磨損和安裝質量也是造成導軌誤差的重要因素。導軌精度要求包括：在水平面內的直線度；在垂直面內的直線度；前后導軌的平行度（扭曲）；導軌與主軸回轉軸線的平行度（或垂直度）等。1 1、機床的幾何誤差、機床的幾何誤差導軌誤差對加工精度的影響1 1、機床的幾何誤差、機床的幾何誤差成形運

10、動間位置誤差對外圓和端面車削的影響fZzzc）HyR0fXZLfdDdxa）b）1 1、機床的幾何誤差、機床的幾何誤差（3）傳動鏈誤差）傳動鏈誤差指傳動鏈始末兩端傳動元件之間相對運動的誤差。主要影響刀具與工件之間速比關系的準確性（如螺紋、齒輪加工時），一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。以滾齒機為例減小傳動鏈誤差的措施減小傳動鏈誤差的措施: :1）盡可能縮短傳動鏈，減少誤差源數2）盡可能降速傳動，并使末端傳動副采用大的降速比，且要提高末端傳動件的精度3）提高傳動元件的制造精度和裝夾精度，減小誤差源，特別是升速傳動元件。此外，還可采用傳動誤差補償裝置4211nnjnjjjjk （5-2） 11

11、1180282828421202828285672neaciKfbd 差2 2、刀具的幾何誤差、刀具的幾何誤差 定尺寸刀具定尺寸刀具的尺寸和形狀誤差影響加工的尺寸和形狀誤差影響加工尺寸和形狀精度尺寸和形狀精度 成形刀具成形刀具的形狀誤差和安裝誤差影響加工的形狀誤差和安裝誤差影響加工形狀精度形狀精度 展成刀具展成刀具的尺寸、形狀及安裝誤差影響加工的尺寸、形狀及安裝誤差影響加工形狀精度形狀精度 一般刀具一般刀具的制造誤差的制造誤差不直接影響不直接影響加工精度加工精度 刀具磨損刀具磨損對加工精度的影響對加工精度的影響三個階段：三個階段：初期磨損階段初期磨損階段正常磨損階段正常磨損階段急劇磨損階段急劇

12、磨損階段000()10001000KllK l刀具正常磨損量刀具正常磨損量 （5-3）O l0 l l切削路程 l / m0尺寸磨損量/m圖5-9 刀具的尺寸磨損與切削路程的關系3 3、夾具的幾何誤差、夾具的幾何誤差1）定位誤差；2）刀具導向（對刀）誤差；3）夾緊誤差；4）夾具制造誤差；5）夾具安裝誤差；通常取精加工夾具公差為工件上相應尺寸公差的1/21/3，粗加工夾具則取1/51/10 。三、調整誤差三、調整誤差1 1、試切法調整、試切法調整調整調整機床、刀具、夾具機床、刀具、夾具的過程中產生的誤差的過程中產生的誤差度量誤差、加工余量的影響、微進給誤差度量誤差、加工余量的影響、微進給誤差2

13、2、按定程機構調整、按定程機構調整3 3、按樣件或樣板調整、按樣件或樣板調整四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差1 1、基本概念、基本概念機械加工工藝系統(tǒng)在力的作用下產生變形，破壞了工件機械加工工藝系統(tǒng)在力的作用下產生變形，破壞了工件與刀具之間正確的相對位置，產生加工誤差。與刀具之間正確的相對位置，產生加工誤差。四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差1 1、基本概念、基本概念工藝系統(tǒng)剛度：加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受徑向切削分力與變形量之比pFky系式中 Fp徑向切削分力，又可稱吃刀抗力； y 工藝系統(tǒng)在切削合力作用下的變形。fpcFFFyyyy

14、四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差2 2、工件剛度、工件剛度工件剛度對加工精度的影響細長軸加工細長軸加工四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差3 3、刀具剛度、刀具剛度刀具剛度對加工精度的影響內孔加工內孔加工四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差4 4、機床部件剛度、機床部件剛度（1）機床部件剛度及其特點v 非線形關系，不完全是彈性變形v 加載和卸載曲線不重合，所圍面積表示克服摩擦和接觸塑性變形所作功v 存在殘余變形，反復加載卸載后殘余變形0v 機床部件剛度比按實體估算值小許多，表明其變形受多種因素影響四、工藝系統(tǒng)受力變形引

15、起的誤差四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差4 4、機床部件剛度、機床部件剛度（2）影響機床部件剛度的因素1）結合面接觸變形的影響2）摩擦力的影響3）低剛度零件的影響4）間隙的影響表面粗糙度、宏觀幾何形狀表面粗糙度、宏觀幾何形狀誤差、材料硬度、紋理方向誤差、材料硬度、紋理方向四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差5 5、工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響、工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響11111kkkkk刀工系夾機工藝系統(tǒng)剛度的倒數等于各組成部分剛度的倒數之和。工藝系統(tǒng)受力變形等于工藝系統(tǒng)各組成部分受力變形之迭加：由此可導出工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度之間的關系：yyy

16、yy刀工系夾機一般情況下，常見工藝系統(tǒng)的低剛度環(huán)節(jié)如下：1）對于車床，k頭架 k尾架 k刀架；車細長軸時，k工件最小。2）對于臥式銑床， k升降臺 k工作臺 k主軸 k刀桿。3）對于鏜床， k鏜桿最小。4）對于內圓磨床， k磨桿最小。工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（1）由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差22p111xlxxyyyFkklkl系刀架尾刀架主p221111Fkylxxkklkl系系尾刀架主11111kkkkk刀工系夾機221111lxxkkklkl尾系刀架主即即比較式（比較式（5-6）工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（1）由于工藝系統(tǒng)剛

17、度變化引起的誤差【例5-1】 經測試，某車床的k主=300000N/mm，k尾56600N/mm，k刀架30000N/mm，在加工長度為 l 的剛性軸時，徑向切削分力Fp400N，試計算該軸加工后的圓柱度誤差。 22p111lxxyFkklkl系尾刀架主令a = k主/k尾，則x = l/(1+a)時，y系最?。簆111ayFkka系min刀架主工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（1）由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差考慮工件變形時的工藝系統(tǒng)總變形考慮工件變形時的工藝系統(tǒng)總變形2222p1113xlxxlxxyyyyFkklklEIl工系刀架尾刀架主p222211113Fky

18、lxxlxxkklklEIl系系尾刀架主工藝系統(tǒng)剛度則為工藝系統(tǒng)剛度則為工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（2）由于切削力變化引起的誤差1212121ppppCyyFFaakk工毛系系利用誤差復映系數可由毛坯誤差估算加工后的工件誤差利用誤差復映系數可由毛坯誤差估算加工后的工件誤差Ck系機械加工中，誤差復映系數通常小于1，定量地反映了毛坯誤差經加工后減小的程度。可通過多次走刀，消除誤差復映的影響。123n 工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（2）由于切削力變化引起的誤差【例5-2】具有偏心e=1.5mm的短階梯軸裝夾在三爪自定心卡盤中，分兩次進給粗車小

19、頭外圓，設兩次進給的復映系數均為=0.1，試計算加工后階梯軸的偏心量是多大？誤差復映概念的推廣：誤差復映概念的推廣：1）每一件毛坯的誤差都會因切削余量不均勻而復映）每一件毛坯的誤差都會因切削余量不均勻而復映2）工藝系統(tǒng)剛度低的場合，誤差復映現象較明顯）工藝系統(tǒng)剛度低的場合，誤差復映現象較明顯3）大批量生產中，有必要查明誤差復映的大小）大批量生產中，有必要查明誤差復映的大小工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（3）由于夾緊變形引起的誤差（4）其它作用力的影響如：重力、慣性力、傳動力等如：重力、慣性力、傳動力等四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差6 6、

20、減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑、減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑（1） 提高工藝系統(tǒng)的剛度提高工藝系統(tǒng)的剛度 1）提高工件和刀具的剛度 2）提高機床的剛度 3）采用合理的裝夾方式和加工方式（2）減小切削力及其變化）減小切削力及其變化五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差1 1、工藝系統(tǒng)的熱源、工藝系統(tǒng)的熱源（1）內部熱源）內部熱源 1）切削熱 2）摩擦熱和能量損耗 3）派生熱源（2）外部熱源）外部熱源 1）環(huán)境溫度 2）輻射熱刀具、工件變形（切削熱的分配）某個關鍵部位變形機床其它部位變形在精密加工和大件加工中，工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差占總誤差的約4070%。五、工藝系統(tǒng)受熱變形

21、引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差2 2、工件熱變形對加工精度的影響、工件熱變形對加工精度的影響（1）工件均勻受熱（軸類零件處于相對穩(wěn)定的溫度場中）工件均勻受熱（軸類零件處于相對穩(wěn)定的溫度場中） 5級絲杠累積誤差全長5m，可見熱變形的嚴重性531.1 1040014.410()4.4()LLtmmm式中 L， D 長度和直徑熱變形量； L，D 工件原有長度和直徑； 工件材料線膨脹系數； 溫升。LLDD五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差2 2、工件熱變形對加工精度的影響、工件熱變形對加工精度的影響（2）工件不均勻受熱（）工件不均勻受熱（板類工件單面加工時）式中 f

22、 工件凸起量（變形撓度） ； L，H 工件原有長度和厚度； 工件材料線膨脹系數； 上下表面之間的溫差。28LfH圖5-24 平面加工熱變形 f/ 4LH結果結果：加工時上表面升溫，工件向上拱起，磨削時將中凸部分磨平，冷卻后工件上表面下凹。措施措施：控制上下表面的溫差。五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差3 3、刀具熱變形對加工精度的影響、刀具熱變形對加工精度的影響特點A連續(xù)切削變形曲線連續(xù)切削變形曲線B冷卻變形曲線冷卻變形曲線C間斷切削變形曲線間斷切削變形曲線五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差4 4、機床熱變形對加工精度的影響、機床熱變形對加工

23、精度的影響結構復雜，熱源分布不均勻，工作條件變化大，機床各部分的溫升不同，影響加工精度。車、銑、鉆、鏜等機床，主要熱源為車、銑、鉆、鏜等機床，主要熱源為主軸箱的發(fā)熱主軸箱的發(fā)熱五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差4 4、機床熱變形對加工精度的影響、機床熱變形對加工精度的影響牛頭刨、龍門刨、立車等機床，主要熱源為牛頭刨、龍門刨、立車等機床，主要熱源為工作臺與工作臺與床身導軌間的摩擦熱床身導軌間的摩擦熱五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差4 4、機床熱變形對加工精度的影響、機床熱變形對加工精度的影響磨床的主要熱源為磨床的主要熱源為磨頭軸承和液壓系統(tǒng)的

24、發(fā)熱磨頭軸承和液壓系統(tǒng)的發(fā)熱五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差5 5、減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑、減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑v 將熱源分離出去v 結構設計上改善摩擦條件v 隔離熱源五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差5 5、減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑、減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑v 采用風扇、散熱片、循環(huán)潤滑冷卻系統(tǒng)等措施五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差5 5、減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑、減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差5 5、減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑、減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑

25、五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差5 5、減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑、減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑v 預熱機床，甚至人為供熱五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差5 5、減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑、減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑v 主要針對精密加工機床六、內應力重新分布引起的誤差六、內應力重新分布引起的誤差1 1、基本概念、基本概念內應力：沒有外力作用而存內應力：沒有外力作用而存在于零件內部的應力在于零件內部的應力2 2、內應力的產生、內應力的產生（1）熱加工中內應力的產生）熱加工中內應力的產生（2）冷校直產生的內應力）冷校直產生的內應力六、內應力重新分布引起

26、的誤差六、內應力重新分布引起的誤差3 3、減小內應力變形誤差的途徑、減小內應力變形誤差的途徑（1）改進零件結構）改進零件結構（2）增設消除內應力的熱處理工序）增設消除內應力的熱處理工序（3）合理安排工藝過程）合理安排工藝過程七、提高加工精度的途徑七、提高加工精度的途徑1 1、減小原始誤差、減小原始誤差2 2、轉移原始誤差轉移原始誤差3 3、均分原始誤差、均分原始誤差4 4、均化原始誤差、均化原始誤差5 5、誤差補償、誤差補償第五章第五章 機械制造質量分析與控制機械制造質量分析與控制第一節(jié)第一節(jié) 機械加工精度機械加工精度第二節(jié)第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計分析工藝過程的統(tǒng)計分析第三節(jié)第三節(jié) 機械加工表面

27、質量機械加工表面質量第四節(jié)第四節(jié) 機械加工過程中的振動機械加工過程中的振動第二節(jié)第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計分析工藝過程的統(tǒng)計分析工藝過程質量狀態(tài)的兩個方面工藝過程質量狀態(tài)的兩個方面1、生產過程的穩(wěn)定性、生產過程的穩(wěn)定性穩(wěn)定性說明生產過程中所表征的狀態(tài)特征數據是否在受控條件下。穩(wěn)定性說明生產過程中所表征的狀態(tài)特征數據是否在受控條件下。過程穩(wěn)定性可用生產過程統(tǒng)計數據的數學期望過程穩(wěn)定性可用生產過程統(tǒng)計數據的數學期望來表示。來表示。第二節(jié)第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計分析工藝過程的統(tǒng)計分析工藝過程質量狀態(tài)的兩個方面工藝過程質量狀態(tài)的兩個方面2、過程能力、過程能力生產過程能力說明生產過程處于穩(wěn)定的條件下特征值在控

28、制界限內分生產過程能力說明生產過程處于穩(wěn)定的條件下特征值在控制界限內分布的范圍。布的范圍。第二節(jié)第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計分析工藝過程的統(tǒng)計分析一、誤差統(tǒng)計性質的分類一、誤差統(tǒng)計性質的分類常值系統(tǒng)誤差在順序加工一批工件中，其大小和方向均不變。如機床、夾具、刀具的制造誤差，工藝系統(tǒng)在均勻切削力作用下的受力變形，調整誤差等。變值系統(tǒng)誤差在順序加工一批工件中，其大小和方向按一定規(guī)律變化。如機床、夾具、刀具在熱平衡前的熱變形，刀具磨損等因素引起的加工誤差。加工誤差系統(tǒng)誤差隨機誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差一、誤差統(tǒng)計性質的分類一、誤差統(tǒng)計性質的分類在順序加工一批工件中，其大小和方向隨機變化的加工誤差。如加工

29、余量或材料硬度不均勻引起的加工誤差；夾緊誤差；殘余應力引起的變形等。 隨機誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機因素共同作用而引起的，服從統(tǒng)計學規(guī)律。v 常值系統(tǒng)誤差，可通過調整消除。v 變值系統(tǒng)誤差，可通過自動補償消除。v 隨機誤差，不能完全消除，只能根據其概率分布進行控制，從而縮小其變動范圍。二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析實踐證明：實踐證明：在調整好了的機床（例如自動機）上在調整好了的機床（例如自動機）上加工，引起誤差的因素中沒有特別顯著的因素，加工，引起誤差的因素中沒有特別顯著的因素，而且加工進行情況正常（機床、夾具、刀具在良而且加工進行情況正常（機床、夾具、刀具在良好的狀態(tài)下），則

30、一批工件的實際尺寸分布可以好的狀態(tài)下），則一批工件的實際尺寸分布可以看作是正態(tài)分布。也就是說，看作是正態(tài)分布。也就是說，若引起系統(tǒng)性誤差若引起系統(tǒng)性誤差的因素不變，引起隨機性誤差的多種因素的作用的因素不變，引起隨機性誤差的多種因素的作用都微小且在數量級上大致相等，則加工所得的尺都微小且在數量級上大致相等，則加工所得的尺寸將按正態(tài)分布曲線分布寸將按正態(tài)分布曲線分布。二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析（1）正態(tài)分布的數學模型、特征參數和特殊點22()21( ),02xxy xex 11niixxn211niixxn二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析（1）正態(tài)分布的數學模

31、型、特征參數和特殊點的偏移只影響曲線的位置，而不影響曲線的形狀；值的變化只影響曲線的形狀，而不影響曲線的位置。x反映工藝過程的穩(wěn)定性反映工藝過程的穩(wěn)定性反映工藝過程能力反映工藝過程能力二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析（1）正態(tài)分布的數學模型、特征參數和特殊點正態(tài)分布曲線的特點：正態(tài)分布曲線的特點：1）曲線呈鐘形，中間高，兩邊低。說明尺寸靠近分散中）曲線呈鐘形，中間高，兩邊低。說明尺寸靠近分散中心的工件占大部分，而尺寸遠離分散中心的是極少數。心的工件占大部分，而尺寸遠離分散中心的是極少數。2）工件尺寸大于）工件尺寸大于 和小于和小于 的頻率是相等的。的頻率是相等的。3）表示正態(tài)分

32、布的曲線形狀的參數是）表示正態(tài)分布的曲線形狀的參數是，越大，曲線越大，曲線越平坦，尺寸越分散，也就是加工精度越低；越平坦，尺寸越分散，也就是加工精度越低；越小，曲越小，曲線越陡峭，尺寸越集中，也就是加工精度越高。線越陡峭，尺寸越集中，也就是加工精度越高。 xx二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析（2）標準正態(tài)分布221( )2xy xe0 =1x、xxz可將非標準正態(tài)分布轉換成標準正態(tài)分布：令標準化變量222()22111( )( )22xxzy xeey z通常只需要知道某偏差與通常只需要知道某偏差與的倍數關系即可知道該偏差的倍數關系即可知道該偏差處的概率密度，而與偏差的處的概率

33、密度，而與偏差的具體值無關。具體值無關。二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析xxz22（3）工件尺寸在某區(qū)間內的概率求得求得x2偏差與偏差與的倍數關系，即的倍數關系，即則則x x2 2與與 之間的面積為：之間的面積為：(Z(Z2 2) )。xxxz11同樣，求得同樣，求得x1偏差與偏差與的倍數關系，即的倍數關系，即則則x x1 1與與 之間的面積為：之間的面積為：(Z(Z1 1) )。x最后，工件尺寸落在最后，工件尺寸落在x1與與x x2 2之間的概率之間的概率為為(Z1) + (Z2) 。二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析（3）工件尺寸在某區(qū)間內的概率yx033“6

34、原則原則”或或“3原則原則”工件尺寸符合正態(tài)分布時，工件尺寸落在工件尺寸符合正態(tài)分布時，工件尺寸落在 范范圍內的概率為圍內的概率為99.73%，而落在該范圍以外的概率只占，而落在該范圍以外的概率只占0.27%，可忽略不計，因此可認為，正態(tài)分布的分散范，可忽略不計，因此可認為，正態(tài)分布的分散范圍為圍為 。(3)x(3)x當當z=3，即即 時，時，3xx 2 (3)99.73%F二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析（4）公差與6的關系yx033公差是綜合考慮產品質量承諾與質量經濟公差是綜合考慮產品質量承諾與質量經濟性后確定的，總體上說，公差是市場對生性后確定的，總體上說，公差是市場對生

35、產者的質量要求。產者的質量要求。返修、報廢、服務承諾、返修、報廢、服務承諾、市場占有率市場占有率在制造過程中，生產者應采取各種手段盡在制造過程中，生產者應采取各種手段盡可能多地使產品指標進入公差范圍之內。可能多地使產品指標進入公差范圍之內。按照現代標準，產品制造的質量指標如能按照現代標準，產品制造的質量指標如能保證保證6的分布在公差帶范圍內，則說明其的分布在公差帶范圍內，則說明其過程能力是充足的。過程能力是充足的。二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析3控制界限的經濟性控制界限的經濟性（1）第一類錯誤的損失隨控制界限的減小而增大）第一類錯誤的損失隨控制界限的減小而增大（2）第二類錯誤

36、的損失隨控制界限的減小而減?。┑诙愬e誤的損失隨控制界限的減小而減?。?）而在）而在3處總損失可控制在最小處總損失可控制在最小二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析 00.125mm24.96mm0.02x，二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析（a）正態(tài)分布6T且分散中心與公差帶中心重合6T但分散中心與公差帶中心不重合6T且分散中心與公差帶中心不重合加工條件正常，系統(tǒng)性誤差幾乎不存加工條件正常，系統(tǒng)性誤差幾乎不存在。在。變值系統(tǒng)誤差幾乎不存在，有突出的變值系統(tǒng)誤差幾乎不存在，有突出的常值系統(tǒng)誤差常值系統(tǒng)誤差。變值系統(tǒng)誤差幾乎不存在，存在變值系統(tǒng)誤差幾乎不存在，存在常值系統(tǒng)

37、誤差常值系統(tǒng)誤差，且隨機性誤差較大。且隨機性誤差較大。二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析（b）平頂分布工件瞬時尺寸分布呈正態(tài)，其算術工件瞬時尺寸分布呈正態(tài)，其算術平均值近似成線性變化。隨機性誤平均值近似成線性變化。隨機性誤差作用的同時有突出的變值系統(tǒng)誤差作用的同時有突出的變值系統(tǒng)誤差差（如刀具或砂輪的均勻磨損）如刀具或砂輪的均勻磨損） 。兩次調整下加工的工件或兩臺機床兩次調整下加工的工件或兩臺機床加工的工件混在一起。加工的工件混在一起。（c）雙峰分布二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析（d）偏態(tài)分布隨機誤差和突出的變值系統(tǒng)誤差共同作用的結果。如工藝系統(tǒng)存在顯著的熱變形

38、，使軸的加工尺寸小的為數多，大的為數少，而使孔的尺寸大的為數多，小的為數少。再如試切法加工孔時寧小勿大，加工外圓時寧大勿小的主觀行為。二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析（1）樣本容量的確定（2）樣本數據的測量（3）異常數據的剔除（4）實際分布圖的繪制（5）理論分布圖的繪制（6）工藝過程的分析n=(50200)按加工順序測量確定尺寸間隔數j確定尺寸間隔大小(區(qū)間寬度)x畫實際分布圖判斷加工誤差性質確定工序能力及其等級確定不合格品率實際分布圖與理論分布圖實際分布圖與理論分布圖工序（過程）能力指數工序（過程）能力指數工序能力指數是指加工質量標準（通常是公差）與工序能力的比值工序能力指數

39、是指加工質量標準（通常是公差）與工序能力的比值雙側公差的情況：雙側公差的情況：過程能力質量標準pC6TCp有偏情況下過程能力指數有偏情況下過程能力指數STCkCpPk62)1 (2TkxM 工序能力評價工序能力評價等級等級不合格率不合格率%過程能力判斷過程能力判斷特級特級1.67P0.0006過程能力過于過程能力過于充足充足一級一級1.671.330.006P0.0006過程能力充足過程能力充足二級二級1.331.000.27P=0.006過程能力尚可過程能力尚可三級三級1.000.674.55P=0.27過程能力不足過程能力不足四級四級4.55P=4.55過程能力嚴重過程能力嚴重不足不足二、

40、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析1）分布圖分析法采用的是大樣本，能比較接近實際地反映工藝過程總體（母體）；2）能把工藝過程中存在的常值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開來，但不能把變值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開來；3）只有等到一批工件加工完畢后才能繪制分布圖，因此不能在工藝過程進行中及時提供控制工藝過程精度的信息；4）計算較復雜；5）只適用于工藝過程穩(wěn)定的場合。三、工藝過程的點圖分析三、工藝過程的點圖分析一般情況下，工藝過程穩(wěn)定一般情況下，工藝過程穩(wěn)定性主要取決于變值系統(tǒng)誤差性主要取決于變值系統(tǒng)誤差是否顯著。是否顯著。工藝過程穩(wěn)定是運用分布圖工藝過程穩(wěn)定是運用分布圖分析工藝過程精度的前提，分析工藝

41、過程精度的前提，對于不穩(wěn)定的工藝過程，對于不穩(wěn)定的工藝過程，點點圖（質量控制圖）分析法圖（質量控制圖）分析法能能夠反映質量指標隨時間變化夠反映質量指標隨時間變化的情況，是進行統(tǒng)計質量控的情況，是進行統(tǒng)計質量控制的有效方法。制的有效方法。是指工藝過程在時間歷程上保持工件均值 和標準差 值穩(wěn)定不變的性能。 x三、工藝過程的點圖分析三、工藝過程的點圖分析對于一個不穩(wěn)定的工藝過程，要解決的問題是：如何在工藝過程的進行中，不斷地進行質量指標的主動控制，工藝過程一旦出現被加工工件的質量指標有超出所規(guī)定的不合格品率的趨向時，能夠及時調整工藝系統(tǒng)或采取其它工藝措施，使工藝過程得以繼續(xù)進行。對于一個穩(wěn)定的工藝過

42、程，也應該進行質量指標的主動控制，使穩(wěn)定的工藝過程一旦出現不穩(wěn)定趨勢時，能夠及時發(fā)現并采取響應措施，使工藝過程繼續(xù)穩(wěn)定地進行下去。三、工藝過程的點圖分析三、工藝過程的點圖分析采用順序小樣本（n=510），計算樣本平均值 和樣本極差R：1maxmin1niixxnRxx點圖的基本形式是由小樣本均值 的點圖和小樣本極差R的點圖聯(lián)合組成的 、R點圖。xxx三、工藝過程的點圖分析三、工藝過程的點圖分析xR、1121 UCL LCLkiiRRkD RD R中線 上控制限下控制限R 點圖：1221UCLLCLkiixxkxA RxA R中線 上控制限 下控制限 點圖： x樣本均值 和樣本極差R近似服從正態(tài)

43、分布：x22( , / )( , )RxNnRN R A2、D1、D2 數值見教材169頁表5-9。三、工藝過程的點圖分析三、工藝過程的點圖分析xR、點子正常波動工藝過程穩(wěn)定；點子異常波動工藝過程不穩(wěn)定。正常波動正常波動異常波動異常波動1 1、沒有點子超出控制線、沒有點子超出控制線2 2、大部分點子在中線上下波、大部分點子在中線上下波動，小部分在控制線附件動，小部分在控制線附件3 3、點子沒有明顯的規(guī)律性、點子沒有明顯的規(guī)律性1 1、有點子超出控制線、有點子超出控制線2 2、點子密集在中線上下附近、點子密集在中線上下附近3 3、點子密集在控制線附近、點子密集在控制線附近4 4、連續(xù)、連續(xù)7 7

44、點以上出現在中線一側點以上出現在中線一側5 5、連續(xù)、連續(xù)1111點中有點中有1010點出現在中線一側點出現在中線一側6 6、連續(xù)、連續(xù)1414點中有點中有1212點以上出現在中線一側點以上出現在中線一側7 7、連續(xù)、連續(xù)1717點中有點中有1414點以上出現在中線一側點以上出現在中線一側8 8、連續(xù)、連續(xù)2020點中有點中有1616點以上出現在中線一側點以上出現在中線一側9 9、點子有上升或下降趨勢、點子有上升或下降趨勢1010、點子有周期性波動、點子有周期性波動三、工藝過程的點圖分析三、工藝過程的點圖分析【例5-4】某小軸的尺寸為 mm，加工時每隔一定時間取出n=5的一個小樣本，共抽取20

45、個樣本，每個樣本的 值見表5-10，試制定小軸加工的 點圖。xR、 0-0.122.4xR、5-105-10三、工藝過程的點圖分析三、工藝過程的點圖分析x特別說明： 工藝過程穩(wěn)定性與出不出廢品是兩個不同的概念。工藝的穩(wěn)定性用 圖判斷，而工件是否合格則用公差衡量。兩者之間沒有必然的聯(lián)系。xR、xx 在一定程度上代表瞬時的分散中心， 點圖主要反映系統(tǒng)誤差及其變化趨勢；R在一定程度上代表了瞬時的尺寸分散范圍，R點圖可反映出隨機誤差及其變化趨勢。單獨的 點圖和R點圖不能全面反映加工誤差情況，二者必須結合起來應用。三、工藝過程的點圖分析三、工藝過程的點圖分析與工藝過程誤差分布圖分析法比較，點圖分析法的特

46、點是：1）所采用的樣本為順序小樣本；2）能在工藝過程進行中及時提供主動控制的資料；3）計算簡單。第五章第五章 機械制造質量分析與控制機械制造質量分析與控制第一節(jié)第一節(jié) 機械加工精度機械加工精度第二節(jié)第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計分析工藝過程的統(tǒng)計分析第三節(jié)第三節(jié) 機械加工表面質量機械加工表面質量第四節(jié)第四節(jié) 機械加工過程中的振動機械加工過程中的振動第三節(jié)第三節(jié) 機械加工表面質量機械加工表面質量機械加工或特種加工后的表面，總存在一定程度的微觀不平度、冷作硬化、殘余應力及金相組織變化等，對零件的使用性能，如配合精度、耐磨性、抗腐蝕性和疲勞強度等有很大影響。研究目的：為了掌握機械加工中各種工藝因素對加工表面

47、質量影響的規(guī)律，以便運用這些規(guī)律來控制加工過程，最終達到改善表面質量、提高產品使用性能的目的。研究內容：表面粗糙度波度冷作硬化金相組織變化殘余應力表面幾何形狀特性表面幾何形狀特性表面層物理、力學表面層物理、力學性能變化性能變化一、機械加工表面質量對機器使用性能的影響一、機械加工表面質量對機器使用性能的影響v表面粗糙度對耐磨性的影響v表面冷作硬化對耐磨性的影響一、機械加工表面質量對機器使用性能的影響一、機械加工表面質量對機器使用性能的影響v表面粗糙度對疲勞強度的影響v殘余應力、冷作硬化對疲勞強度的影響二、影響表面粗糙度的影響二、影響表面粗糙度的影響v刀具幾何形狀的復映cotcotrrfH28fH

48、r二、影響表面粗糙度的影響二、影響表面粗糙度的影響v工件材料的性質v切削用量加工塑性材料時，發(fā)生塑性變形加工塑性材料時，發(fā)生塑性變形加工脆性材料時，切屑的崩碎加工脆性材料時，切屑的崩碎二、影響表面粗糙度的影響二、影響表面粗糙度的影響磨削加工表面形成機理v影響磨削表面粗糙度的主要因素1）砂輪粒度）砂輪粒度2）砂輪硬度）砂輪硬度3）砂輪的修整）砂輪的修整4）磨削速度）磨削速度5）磨削徑向進給量與光磨次數）磨削徑向進給量與光磨次數6）工件圓周進給速度與軸向進給量）工件圓周進給速度與軸向進給量7）冷卻潤滑液）冷卻潤滑液三、影響加工表面層物理力學性能的因素三、影響加工表面層物理力學性能的因素冷作硬化的評

49、定參數v機械加工中因切削力作用產生的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產生剪切滑移，晶粒被拉長和纖維化，甚至破碎，這些都會使表面層金屬的硬度和強度提高，此現象稱為冷作硬化（或強化）。1）表層金屬的顯微硬度 HV2）硬化層深度 h3）硬化程度 NN = (HV-HV0)/HV0)100三、影響加工表面層物理力學性能的因素三、影響加工表面層物理力學性能的因素磨削燒傷當被磨工件表面層溫度達到相變溫度以上時，表層金屬發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬強度、硬度降低，并伴隨有殘余應力產生，甚至出現微觀裂紋，此現象稱為磨削燒傷。1）回火燒傷2）淬火燒傷3）退火燒傷三、影響加工表面層物理力學性能的因素三、影響加工表面層物理力學性能的因素改善磨削燒傷的途徑： 盡可能地減少磨削熱的產生； 改善冷卻條件，盡量使產生的熱量少傳入工件。1）正確選擇砂輪2）合理選擇磨削用量3）改善冷卻條件三、影響加工表面層物理力學性能的因素三、影響加工表面層物理力學性能的因素產生殘余應力的原因：1）塑性變形2）切削熱3）金相組織變化三、影響加工表面層物理力學性能的因