第5章

機(jī)械加工質(zhì)量控制機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)概述5.1影響機(jī)械加工精度的因素5.2加工誤差的綜合分析5.3影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素5.4機(jī)械加工過程中的振動(dòng)5.5第5章

機(jī)械加工質(zhì)量控制5.3加工誤差的綜合分析5.3.1加工誤差性質(zhì)及分類根據(jù)加工一批工件時(shí)誤差出現(xiàn)的規(guī)律，加工誤差可分為系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差系統(tǒng)性誤差順序加工一批工件時(shí)，若加工誤差的大小和方向保持不變，或者按一定規(guī)律變化，稱為系統(tǒng)性誤差。前者稱為常值系統(tǒng)性誤差：加工原理誤差，機(jī)床、刀具、夾具、量具的制造誤差，工藝系統(tǒng)靜力變形引起的加工誤差常值系統(tǒng)性誤差大小與加工順序無關(guān)。后者稱為變值系統(tǒng)性誤差：工藝系統(tǒng)(特別是機(jī)床、刀具)在熱平衡前的熱變形、刀具磨損均屬于變值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)性誤差大小則與加工順序有關(guān)。對于常值系統(tǒng)性誤差，若能掌握其大小和方向，可以通過調(diào)整來消除；對于變值系統(tǒng)性誤差，若能掌握其大小和方向隨時(shí)間變化的規(guī)律，也可以通過采取自動(dòng)補(bǔ)償措施加以消除。5.3.1加工誤差性質(zhì)及分類2.隨機(jī)性誤差順序加工一批工件時(shí)，若誤差的大小和方向呈無規(guī)律的變化，稱為隨機(jī)性誤差。毛坯誤差(余量大小不一、硬度不均勻等)的復(fù)映、定位誤差、夾緊誤差、內(nèi)應(yīng)力引起的誤差、多次調(diào)整的誤差等都屬于隨機(jī)性誤差。隨機(jī)性誤差從表面上看似乎沒有什么規(guī)律，但應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，也可以找出一批工件加工誤差的總體規(guī)律。因?yàn)殡S機(jī)性誤差沒有明顯的變化規(guī)律，很難完全消除，只能針對其產(chǎn)生的根源采取適當(dāng)?shù)拇胧┮钥s小影響。例：

對毛坯誤差復(fù)映帶來的誤差，可以從縮小毛坯本身誤差和提高工藝系統(tǒng)剛度兩方面來減少其影響。5.3.1加工誤差性質(zhì)及分類舉例：機(jī)床在一次調(diào)整中加工一批零件時(shí)，機(jī)床的調(diào)整誤差是常值系統(tǒng)誤差。但是，當(dāng)多次調(diào)整機(jī)床時(shí)，每次調(diào)整所發(fā)生的調(diào)整誤差就不可能是常值，變化也無一定規(guī)律，因此對于經(jīng)多次調(diào)整所加工出來的大批工件，機(jī)床調(diào)整誤差所引起的工件加工誤差就變成了隨機(jī)誤差。強(qiáng)調(diào)：隨機(jī)性誤差和系統(tǒng)性誤差的劃分并非絕對，同一原始誤差在不同的場合下會(huì)表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。5.3.1加工誤差性質(zhì)及分類5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析目的：分析出規(guī)律性的東西，以找出解決問題的途徑常用的統(tǒng)計(jì)分析法有兩種：分布曲線法和點(diǎn)圖法。分布曲線法：

利用分布曲線圖來分析測量得到一批工件加工后的實(shí)際尺寸或誤差，根據(jù)測量結(jié)果作出該批工件尺寸或誤差的分布圖，再按照此圖分布特征來分析和判斷加工誤差的情況。5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析1）實(shí)際分布曲線利用實(shí)例，介紹繪制步驟，并介紹涉及的基本概念例子1：在臥式鏜床上精鏜后的活塞銷孔直徑：逐個(gè)測量并記錄重要概念：樣本樣本總數(shù)n（此例中n=100）尺寸分散每組的尺寸間隔頻數(shù)m頻率（m/n）尺寸分散范圍分散范圍中心（即平均孔徑）5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析畫該工序加工尺寸的實(shí)際分布圖：

樣本足夠多，可是曲線更加光滑以每組中值x為橫坐標(biāo)，以頻數(shù)或頻率為縱坐標(biāo)對實(shí)際分布圖進(jìn)行分析：一部分工件已超出了公差范圍（圖中陰影部分，28.000~28.004，占18%）成了廢品。這批工件的尺寸分散范圍0.012mm，其值比公差帶寬度0.015mm小，說明該工序?qū)嶋H加工能力是能夠滿足圖紙公差要求的；分析產(chǎn)生廢品的原因發(fā)現(xiàn)是由于分散范圍中心與公差帶中心不重合，如果能夠設(shè)法將分散范圍中心調(diào)整到與公差范圍中心重合（點(diǎn)劃線所示），所有工件將全部合格。結(jié)論：如果鏜孔時(shí)將鏜刀伸出量調(diào)整得短一點(diǎn)，就可以解決。解決這道工序的精度問題就是消除常值系統(tǒng)性誤差大小為：Δcx=公差范圍中心-實(shí)際尺寸分散范圍中心=27.9979-27.9925=0.0054（mm）5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析例子2：在無心磨床上用貫穿法磨削活塞銷其設(shè)計(jì)尺寸為：mm加工后測得的工件尺寸并畫出分布圖關(guān)注點(diǎn)：尺寸分散范圍0.016mm大于公差范圍0.009mm；常值系統(tǒng)性誤差為27.9980mm-27.9945mm=0.0035mm即使把分散范圍中心調(diào)整到與公差范圍中心重合，也還是要產(chǎn)生不合格品（圖中陰影部分）要解決這類精度問題，則不但要把系統(tǒng)性誤差（兩中心間距）減小，而且還要設(shè)法減小隨機(jī)性誤差（尺寸分散范圍的擴(kuò)大）5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析減小系統(tǒng)性誤差可以把砂輪和導(dǎo)輪間的距離調(diào)整得小一些；減小隨機(jī)性誤差對后者就不是調(diào)整方法可以解決的，這時(shí)就要全力去找出隨機(jī)性誤差過大的原因。經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，尺寸分散過大是由于毛坯誤差復(fù)映造成的，根據(jù)復(fù)映系數(shù)隨著磨削次數(shù)增加而遞減的原理，可以增加一次貫穿磨削。5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析在畫尺寸分布圖時(shí)，分組數(shù)太多或太少都不合適。分組數(shù)太少，曲線圖過于粗糙，但分組數(shù)太多（組距太小），圖形受到局部隨機(jī)因素的影響太大。關(guān)于“分組數(shù)”多少的問題：推薦值：5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析2）理論分布曲線。為了簡化問題、分析研究方便，常常應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中一些“理論分布曲線”來近似地代替實(shí)際分布曲線。應(yīng)用最廣泛的便是正態(tài)分布曲線(或稱高斯曲線)。正態(tài)分布曲線方程式為：正態(tài)分布曲線及其性質(zhì)5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析正態(tài)分布曲線下所包含的面積代表全部工件，即100%，

而圖中陰影部分的面積F為尺寸從x到x之間的工件的頻率。即5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析正態(tài)分布曲線具有下列特點(diǎn)：①曲線中間高，兩邊低，表示尺寸靠近分散中心的工件占大部分，而尺寸遠(yuǎn)離分散中心的工件是極少數(shù)。②工件尺寸大于x和小于x的同間距范圍內(nèi)的頻率（出現(xiàn)的概率）是相等的。③表示正態(tài)分布曲線形狀的參數(shù)是σ。如圖5-47b所示。σ越大，曲線越平坦，尺寸越分散，也就是加工精度越低；σ越小，曲線越陡峭，尺寸越集中，也就是加工精度越高。④從表5-3中可以查出，x?x=3σ時(shí)，F(xiàn)=49.865%，2F=99.73%。即工件尺寸出現(xiàn)在±3σ以外的頻率只占0.27%，可以忽略不計(jì)。因此，一般都取正態(tài)分布曲線的分散范圍為±3σ。5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析6σ的大小代表了某一種加工方法在規(guī)定的條件下（毛坯余量、切削用量、正常的機(jī)床、夾具、刀具等）所能達(dá)到的加工精度。在一般情況下，應(yīng)使公差帶寬度T和均方根誤差σ之間的關(guān)系為：

6σ≤T

數(shù)理統(tǒng)計(jì)的理論和實(shí)踐均證明：用局部的參數(shù)（抽檢）來代表整體參數(shù)（全檢）的近似方法，獲得的工件的尺寸平均值x和均方根誤差σ和整批工件的平均值和均方根誤差是非常接近的；這樣可以省去逐件檢查的繁瑣手續(xù)，用抽查較少工件的辦法來研究并反映加工誤差規(guī)律。注意：在單件和小批生產(chǎn)中，就不能用統(tǒng)計(jì)分析方法5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析非正態(tài)分布曲線：工件實(shí)際尺寸的分布情況有時(shí)并不符合正態(tài)分布，畫出來的分區(qū)曲線則不呈現(xiàn)高斯曲線形狀5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析分布曲線的應(yīng)用：①判別加工誤差的性質(zhì)如果樣本工件服從正態(tài)分布，就可以認(rèn)為工藝過程中變值性系統(tǒng)誤差很小或不顯著，工件尺寸分散由隨機(jī)性誤差引起，這表明工藝過程處于受控狀態(tài)中。如果樣本工件尺寸不服從正態(tài)分布，可根據(jù)工件尺寸實(shí)際分布圖分析是哪種變值性系統(tǒng)誤差在顯著地影響著工藝過程。如果工件尺寸的實(shí)際分布中心x與公差帶中心有偏移，這表明工藝過程中有常值性系統(tǒng)誤差存在。②驗(yàn)證工藝能力及等級驗(yàn)證的目的是為了確定準(zhǔn)備投產(chǎn)的工藝能否保證加工質(zhì)量要求或?qū)ΜF(xiàn)行工藝定期或不定期檢查，驗(yàn)證現(xiàn)有工藝能力和工藝穩(wěn)定性。某工序的工藝能力采用工藝能力系數(shù)Cp（圖紙規(guī)定的尺寸公差范圍T與工序尺寸分散范圍6σ之比）來表示：Cp=T/6σ（其中6σ代表本工序加工精度）根據(jù)Cp的大小，一般把工序工藝能力分為五級；一般情況下，工藝能力不應(yīng)低于二級。5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析③估算不合格品率。例題：說明合格品率或不合格品率的估算方法。

在臥式鏜床上鏜削一批箱體零件的內(nèi)孔，孔徑尺寸要求為

，已知孔徑尺寸按正態(tài)分布，

，σ=0.04mm，試判斷該工序的工藝能力并計(jì)算這批加工件的合格品率和不合格品率。5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析解：由題意知：工序尺寸分散范圍6σ=0.24，所以工序的工藝能力：Cp=T/6σ=0.2/0.24≈0.83根據(jù)表5-5，說明該工序工藝能力不足，可能會(huì)出現(xiàn)少量廢品。

根據(jù)題意做出該工序尺寸分布圖，如圖5-49所示；從圖中可以看出，陰影部分工件尺寸已經(jīng)超過公差下限，成為不合格品。分布曲線中線左側(cè)總面積為50%，所以陰影面積F1=0.5-F查表得：F=0.4772，因此該工序所加工工件廢品率為F1=0.5-F=0.5-0.4772=0.0228=2.28%由于這些廢品尺寸小于孔的公差下限，因此是可以修復(fù)的。5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析分布曲線分析法的不足之處：工件的測量和數(shù)據(jù)處理是在一批工件加工完畢之后才進(jìn)行的，且沒有考慮工件加工的先后順序，因此不能反映加工過程進(jìn)行中誤差的變化趨勢和規(guī)律，從而很難將隨機(jī)性誤差和變值系統(tǒng)性誤差區(qū)分開來，而點(diǎn)圖法可以彌補(bǔ)這些不足。點(diǎn)圖法可以解決這些問題5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析2.點(diǎn)圖法在一批工件的加工過程中，以一定時(shí)間間隔為序，依次測量被加工工件的尺寸，以其測量序號(hào)為橫坐標(biāo)，以量得的尺寸為縱坐標(biāo)，畫出點(diǎn)圖，并以此為依據(jù)對加工誤差以及加工過程進(jìn)行分析的方法曲線AA、BB包絡(luò)出點(diǎn)的上下限；在中間畫出其平均值曲線OO這條OO就表示了變值系統(tǒng)性誤差的情況，分析其產(chǎn)生根源是車刀的熱伸長和車刀的磨損兩項(xiàng)因素的綜合；AA線和BB線之間的寬度代表了在隨機(jī)性誤差作用下加工過程的尺寸分散。5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析在測量到第50號(hào)工件時(shí)，尺寸有了超差。在進(jìn)行了一次換刀以后，產(chǎn)生了常值系統(tǒng)性誤差△常。常值系統(tǒng)性誤差對點(diǎn)圖上曲線的影響，也和對分布曲線的影響相同，即只影響曲線上下的位置，而不影響其形狀或分散范圍。如果將一批工件依次按每m個(gè)為一組進(jìn)行分組，并以橫坐標(biāo)代表分組的順序號(hào)碼，以縱坐標(biāo)代表一組工件的平均尺寸誤差，作出的點(diǎn)圖稱為平均值點(diǎn)圖，可使點(diǎn)圖的長度大大縮短，而且可明顯觀察到尺寸分散情況5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析假設(shè)被檢測工件一共分了K組，則可在—R圖上分別畫出中心線和上下控制線，以此作為判斷工藝是否穩(wěn)定的界限。

一般情況下，每組工件數(shù)m取4或5，式中A和D的數(shù)值是根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理而定出的，見表5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析點(diǎn)圖在工藝穩(wěn)定性的判定和工序質(zhì)量控制方面的應(yīng)用所謂工藝的穩(wěn)定，從數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理來說，一個(gè)加工過程(工序)的質(zhì)量參數(shù)—平均值x和均方根差σ，在整個(gè)加工過程中若總體分布能保持不變，則工藝是穩(wěn)定的5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析示例：精鏜活塞孔x圖中共有6個(gè)點(diǎn)（超UCL點(diǎn)5個(gè)、超LCL點(diǎn)1個(gè)）超出控制線，R圖中有2個(gè)點(diǎn)超出控制線，說明了工藝過程是不穩(wěn)定的，盡管根據(jù)這批工件尺寸計(jì)算出的6σ并沒有超過公差帶T(數(shù)據(jù)從略)5.3.2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析這里要著重指出：加工質(zhì)量是否符合公差要求與加工過程是否穩(wěn)定不是一回事，但加工過程中既然包含有不穩(wěn)定的因素，就不能等閑視之，如果放任自流，遲早會(huì)出現(xiàn)超差而產(chǎn)生廢品。x圖中的點(diǎn)有明顯上升的趨勢，這是熱變形影響的典型現(xiàn)象。圖5-52所示是一臺(tái)半自動(dòng)內(nèi)圓磨床上加工軸承