1、第五章 機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制,生產(chǎn)任何一種機(jī)械產(chǎn)品，都要求在保證質(zhì)量的前提下，做到高效率、低消耗。產(chǎn)品的質(zhì)量是第一位的，沒有質(zhì)量，高效率、低成本就失去了意義。 產(chǎn)品質(zhì)量是指用戶對產(chǎn)品的滿意程度。,第五章 機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制,它有三層含意：一是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量；二是產(chǎn)品的制造質(zhì)量；三是服務(wù)。 以往強(qiáng)調(diào)較多的往往是制造質(zhì)量，現(xiàn)代的質(zhì)量觀，主要站在用戶的立場上衡量。 當(dāng)今，服務(wù)也占據(jù)越來越重要的地位。,第五章 機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制,制造質(zhì)量，它主要指產(chǎn)品的制造與設(shè)計(jì)的符合程度。 設(shè)計(jì)質(zhì)量，主要反映所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，與用戶 (顧客) 的期望之間的符合程度。 服務(wù)主要包括售前的服務(wù)，售后的培訓(xùn)、維修、

2、安裝等。,第五章 機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制,產(chǎn)品的制造質(zhì)量主要與零件制造質(zhì)量、產(chǎn)品的裝配質(zhì)量有關(guān)，零件的制造質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。 零件的機(jī)械制造質(zhì)量包括零件幾何精度和零件表面層的物理機(jī)械性能兩個(gè)方面。,第五章 機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制,零件的幾何誤差包括尺寸誤差、幾何形狀誤差和位置誤差。幾何形狀誤差又可分為宏觀幾何形狀誤差、波度和微觀幾何形狀誤差，參見圖5-1。,圖5-1 微觀幾何形狀誤差、波度與宏觀幾何形狀誤差,第五章 機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制,表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差，其波距 () 與波高 () 之比一般小于50。 波距 () 與波高 () 之比在501000范圍內(nèi)的幾何形狀

3、誤差，稱為波度。 波距 () 與波高 () 之比大于1000的幾何形狀誤差，稱為宏觀幾何形狀誤差。,第五章 機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制,零件表面層物理機(jī)械性能方面的質(zhì)量主要是指表面層材料的冷作硬化、金相組織的變化、殘余應(yīng)力。 本章將機(jī)械制造質(zhì)量分成加工精度和表面質(zhì)量兩個(gè)方面來研究。前者包括尺寸精度、宏觀幾何形狀精度和位置精度；后者包括表面粗糙度、波度和表面層材料物理機(jī)械性能。,第五章 機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制,主要內(nèi)容： 機(jī)械加工精度 工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析 機(jī)械加工表面質(zhì)量 機(jī)械加工過程中的幾種振動(dòng)形式,第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析,一、誤差統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的分類 在生產(chǎn)實(shí)際中，影響加工精度的原始誤差很多，這些

4、原始誤差往往是綜合地交錯(cuò)在一起對加工精度產(chǎn)生綜合影響的，且其中不少原始誤差的影響往往帶有隨機(jī)性。對于一個(gè)受多個(gè)隨機(jī)性質(zhì)原始誤差影響的工藝系統(tǒng)，只有用概率統(tǒng)計(jì)的方法來進(jìn)行分析，才能得出正確的、符合實(shí)際的結(jié)果。,第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析,各種加工誤差，按它們在一批零件中出現(xiàn)的規(guī)律來看，可分為兩大類：系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差。 在順序加工一批工件中，有些誤差的大小和方向是無規(guī)則地變化著的，這些誤差稱為隨機(jī)誤差。 系統(tǒng)性誤差可分為常值系統(tǒng)性誤差和變值系統(tǒng)性誤差兩種。,第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析,在順序加工一批工件中，其大小和方向皆不變的誤差，稱為常值系統(tǒng)性誤差。 在順序加工一批工件中，其大小和方向遵循

5、某一規(guī)律變化的誤差，稱為變值系統(tǒng)性誤差。 常值系統(tǒng)性誤差與加工順序無關(guān)，而變值系統(tǒng)性誤差則與加工順序有關(guān)。,第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析,對于常值系統(tǒng)性誤差，若能掌握其大小和方向，就可以通過調(diào)整消除；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，則可通過自動(dòng)補(bǔ)償消除；惟對隨機(jī)性誤差，只能縮小它們的變動(dòng)范圍，而不可能完全消除。 隨機(jī)性誤差的統(tǒng)計(jì)規(guī)律可用它的概率分布表示。,第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析,如果掌握了工藝過程中各種隨機(jī)誤差的概率分布，又知道了變值系統(tǒng)性誤差的變化規(guī)律，那么我們就能對工藝過程進(jìn)行有效的控制，使工藝過程按規(guī)定要求順利進(jìn)行。,第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析,二、加工誤差的

6、統(tǒng)計(jì)分析法 1.正態(tài)分布曲線法 機(jī)械加工中，工件的尺寸誤差是由很多相互獨(dú)立的隨機(jī)誤差綜合作用的結(jié)果，如果其中沒有一個(gè)隨機(jī)誤差是起決定作用的，則加工后工件的尺寸將呈正態(tài)分布。,加工一批工件，由于各種誤差因素的影響，加工后工件實(shí)際尺寸數(shù)值不會(huì)完全一致，這種現(xiàn)象稱為尺寸分散。 它們中最大尺寸與最小尺寸之差稱為分散范圍。 如果將這些數(shù)據(jù)畫成統(tǒng)計(jì)曲線，其圖形接近于正態(tài)分布曲線，下面以精鏜活塞銷孔工序?yàn)槔榻B統(tǒng)計(jì)曲線的繪制方法。,在精鏜活塞銷孔后的工件中，圖紙規(guī)定銷孔直徑為 mm?，F(xiàn)抽取其中100件，測量其直徑得到100個(gè)數(shù)據(jù)。將測量所得的數(shù)據(jù)按大小分組，每組的尺寸間隔（稱為組距）取0.002mm。將上述

7、數(shù)據(jù)列入表5-1中,表5.1-1 活塞銷孔直徑測量結(jié)果,表中n表示所測工件（樣本）的總數(shù)。同一組中的工件數(shù)m，稱為頻數(shù)，頻數(shù)與樣本總數(shù)n之比(m/n)稱為頻率。,以每組工件尺寸的中間值（中值）為橫坐標(biāo)x，頻率（頻數(shù)）為縱坐標(biāo)y，將各組的頻率畫在圖上，就得到相應(yīng)的一些點(diǎn)。 將這些點(diǎn)連接起來，便可得出如圖5.1-18所示曲線，稱為實(shí)際分布曲線。 在圖上標(biāo)出工件的公差分布范圍、公差帶中心和分布中心，便可進(jìn)行質(zhì)量分析。,圖中 工件尺寸分散范圍= 最大孔徑 最小孔徑 = 28.004 - 27.992 = 0.012 mm 分散中心 = mx/n = 27.9979 mm； 公差范圍中心 = 28-0.

8、015/2 = 27.9925 mm,從畫出的實(shí)際分布曲線圖5.1-18中可看出： 分散范圍小于公差帶即0.012 0.015 mm，表明本工序能滿足加工要求，即不會(huì)有廢品出現(xiàn)； 圖中有部分工件已超出公差范圍（帶陰影部分，約占18）成為廢品。其原因是尺寸分散中心與公差帶中心不重合，表明系統(tǒng)中存在系統(tǒng)性常值誤差，其值為27.9979-27.992 = 0.0054 mm，如果將鏜刀的伸出量減小0.0054 mm的一半，就能使尺寸分散中心與公差帶中心重合，出廢品的問題便可解決。,若將尺寸間隔減小，所取工件數(shù)量增加，則所得的曲線，其極限情況接近于圖5.1-19所示的正態(tài)分布曲線。 在研究加工誤差時(shí)，

9、常用正態(tài)分布曲線來近似地代替實(shí)際分布曲線。這樣可使分析問題的方法大為簡化。,正態(tài)分布曲線的方程式為,式中， x是工件尺寸（分布曲線的橫坐標(biāo)）； 是加工一批工件的平均尺寸（分散范圍中心） 是一批工件的均方根偏差 ； n是工件總數(shù)（工件數(shù)應(yīng)足夠多，如n=100200）。,方程式中的參數(shù) 決定分布曲線的位置。它決定一批工件尺寸分散中心的坐標(biāo)位置。在系統(tǒng)性常值誤差的影響下，整個(gè)曲線沿橫坐標(biāo)移動(dòng)，但不改變曲線的形狀。 均方根偏差決定分布曲線的形狀及分散范圍。當(dāng)增大時(shí)，Y減小，曲線變得平坦；減小時(shí)，Y增大，分散范圍變小，表明工件尺寸集中，加工精度高。,正態(tài)分布曲線的特點(diǎn)： (a) 曲線呈鐘形，中間高，兩邊

10、低，表明工件尺寸靠近 的頻率較大，遠(yuǎn)離 尺寸的工件是少數(shù)。 (b) 曲線以x= 的直線為軸左右對稱。表明工件尺寸大于 及小于 的頻率是相等的。,(c) 曲線下與x軸所包含的面積為。曲線在對稱軸的3范圍內(nèi)所包含的面積為99.73%，在3以外只占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3。3是一個(gè)很重要的概念，它代表某種加工方法在一定條件下所能達(dá)到的加工精度。所以一般情況下應(yīng)使所選擇的加工方法的均方根偏差與工件公差帶的寬度T之間，應(yīng)滿足下列關(guān)系： 6 T,正態(tài)分布曲線的應(yīng)用,(a) 可利用分布曲線查明工序精度，確定工藝能力系數(shù)，進(jìn)行工藝驗(yàn)證。 工藝能力系數(shù)Cp可用下式計(jì)算

11、Cp = T/(6) 工藝能力系數(shù)表示了工藝能力的大小，表示某種加工方法和加工設(shè)備能否勝任零件所要求的加工精度的能力。,如果Cp 1，說明公差帶大于分散范圍，該工序具備了保證精度的必要條件，且有余地。 Cp = 1時(shí)，表明工序剛剛滿足加工精度，但受調(diào)整等系統(tǒng)性常值誤差的影響，也會(huì)產(chǎn)生不合格品。 Cp 1，說明公差小于尺寸分散范圍，將產(chǎn)生一定數(shù)量的不合格品。 因此，可利用工藝能力系數(shù)Cp的大小來進(jìn)行工藝驗(yàn)證。根據(jù)工藝能力系數(shù)的大小，可將工藝分為五個(gè)等級，如表5.1-2所示。,表5.1-2 工藝等級,(b)可計(jì)算一批零件加工后的合格率和廢品率。,利用正態(tài)分布曲線，可計(jì)算在一定生產(chǎn)條件下，工件加工后

12、的合格率、廢品率、可修廢品率和不可修廢品率。 如圖所示，在曲線下面公差帶范圍內(nèi)的面積（畫陰影部分）代表合格率。當(dāng)加工外圓時(shí)，圖左邊的空白部分為不可修廢品，右邊空白部分為可修廢品。加工孔時(shí)，則恰好相反。,圖5.1-20 利用分布曲線計(jì)算合格率和廢品率,分布曲線下的面積可用積分方法求得：,令,則,總合格率,各種不同z值的(z)可查表5.1-3,則圖5.1-20中,表5.1-3,(c) 可進(jìn)行誤差分析。 可從分布曲線的形狀，位置來分析產(chǎn)生各種誤差的原因。例如當(dāng)分布曲線的中心與公差帶中心不重合，說明加工中存在系統(tǒng)性常值誤差，其大小等于分布曲線中心與公差帶中心之間的差值。,運(yùn)用分布曲線研究加工精度時(shí)存在

13、的問題 分布曲線只能在一批零件加工完畢后才能畫出，故不能在加工過程中去分析誤差發(fā)展的趨勢和變化規(guī)律，不能主動(dòng)控制加工精度。 由于分布曲線是在一批零件加工完成后才畫出。因此如發(fā)現(xiàn)問題，則對該批零件已無法采取措施，只能對下一批零件的加工起作用。,(2) 控制圖法 控制圖又稱點(diǎn)圖。它有逐件點(diǎn)圖、逐組點(diǎn)圖和 -R圖等幾種形式。在生產(chǎn)中常見的是 -R圖（均值一極差圖）。 -R圖是由 圖和R圖一起組成的。,A. -R圖的繪制方法 (a) 在加工過程中，按一定的時(shí)間間隔或工件數(shù)量，連續(xù)抽取m(m=210）個(gè)工件為一個(gè)樣組，抽取n = (2030)個(gè)樣組，這樣按加工先后順序，共抽取N = nm個(gè)工件。再依次測

14、量它們某項(xiàng)質(zhì)量特性值，得到如下數(shù)據(jù)： (i =1,2,n；j =1,2,m),例表5.1-4為球面磨床磨削挺桿零件球面，要求球面邊緣對挺桿外圓的跳動(dòng)不大于0.05mm，按每隔小時(shí)抽檢一組零件，每樣組m=4，順序抽檢25組（n=25），共抽檢100個(gè)工件的數(shù)據(jù)記錄表。,(b) 計(jì)算各組的平均值 和極差Ri 平均值 極差Ri,(c) 以組號為橫坐標(biāo)，分別以 和R為縱坐標(biāo)，將求得的各組的平均值 和極差Ri按組序號依次標(biāo)在 和R圖上，然后將各點(diǎn)連接起來。,(d)用實(shí)線在 -R圖中畫出中心線和 ，再用虛線標(biāo)出控制線。圖中各中心線及控制線的位置可按下列公式計(jì)算： 圖中心線 R圖中心線,圖上控制線,圖下控制線,R圖上控制線,式中系數(shù)A和D可按表5.1-5選取,表5.1-5 系數(shù)A和D的值,-R圖的應(yīng)用 (a) 利用 -R圖可判斷工藝過程的穩(wěn)定性 工藝過程的穩(wěn)定性用 和R兩個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)來表征。穩(wěn)定的工藝過程 和R只有正常波動(dòng)。正常波動(dòng)是隨機(jī)的，且波動(dòng)幅值不大。不穩(wěn)定的工藝過程存在異常波，控制圖中 和R有明顯的上升或下降趨勢，或有很大的波動(dòng)，或有點(diǎn)超出