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1、第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制 生产任何一种机械产品，都要求生产任何一种机械产品，都要求在保证质量的前提下，做到高效率、在保证质量的前提下，做到高效率、低消耗。低消耗。产品的质量是第一位的，产品的质量是第一位的，没没有质量，高效率、低成本就失去了意有质量，高效率、低成本就失去了意义。义。产品质量是指用户对产品的满意程度。产品质量是指用户对产品的满意程度。第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制 它有三层含意：一是产品的设计质量；它有三层含意：一是产品的设计质量；二是产品的制造质量；三是服务。二是产品的制造质量；三是服务。以以往往强强调调较较多多的的
2、往往往往是是制制造造质质量量，现现代代的的质质量量观观，主主要要站站在在用用户户的的立立场场上上衡衡量。量。当今，服务也占据越来越重要的地位。当今，服务也占据越来越重要的地位。第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制 制造质量制造质量，它主要指产品的制造与，它主要指产品的制造与设计的符合程度。设计的符合程度。设计质量设计质量，主要反映所设计的产品，主要反映所设计的产品，与用户与用户 (顾客顾客)的期望之间的符合程度。的期望之间的符合程度。服务主要包括售前的服务，售后的培训、服务主要包括售前的服务，售后的培训、维修、安装等。维修、安装等。第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械
3、制造质量分析与控制 产产品品的的制制造造质质量量主主要要与与零零件件制制造造质质量量、产产品品的的装装配配质质量量有有关关，零零件件的的制制造造质质量是保证产品质量的基础。量是保证产品质量的基础。零件的机械制造质量包括零件的机械制造质量包括零件几何零件几何精度精度和零件表面层的和零件表面层的物理机械性能物理机械性能两个方两个方面。面。第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制 零件的零件的几何误差几何误差包括尺寸误差、几包括尺寸误差、几何形状误差和位置误差。几何形状误差又何形状误差和位置误差。几何形状误差又可分为宏观几何形状误差、波度和微观几可分为宏观几何形状误差、波度和微观几
4、何形状误差，参见图何形状误差，参见图5-15-1。图图5-1 5-1 微观几何形状误差、波度与微观几何形状误差、波度与宏观几何形状误差宏观几何形状误差第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制 表表面面粗粗糙糙度度是是加加工工表表面面的的微微观观几几何何形形状状误误差差，其其波波距距 ()()与与波波高高 ()()之之比比一一般小于般小于5050。波波距距 ()()与与波波高高 ()()之之比比在在501000501000范围内的几何形状误差，称为范围内的几何形状误差，称为波度波度。波波距距 ()()与与波波高高 ()()之之比比大大于于10001000的几何形状误差，称为的几
5、何形状误差，称为宏观几何形状误差宏观几何形状误差。第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制 零零件件表表面面层层物物理理机机械械性性能能方方面面的的质质量量主主要要是是指指表表面面层层材材料料的的冷冷作作硬硬化化、金金相相组织的变化、残余应力。组织的变化、残余应力。本本章章将将机机械械制制造造质质量量分分成成加加工工精精度度和和表表面面质质量量两两个个方方面面来来研研究究。前前者者包包括括尺尺寸寸精精度度、宏宏观观几几何何形形状状精精度度和和位位置置精精度度；后后者者包包括括表表面面粗粗糙糙度度、波波度度和和表表面面层层材材料料物物理机械性能。理机械性能。第五章第五章 机械制
6、造质量分析与控制机械制造质量分析与控制主要内容：主要内容：机械加工精度机械加工精度 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析 机械加工表面质量机械加工表面质量 机械加工过程中的几种振动形式机械加工过程中的几种振动形式第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析一、误差统计性质的分类一、误差统计性质的分类 在生产实际中，影响加工精度的原始在生产实际中，影响加工精度的原始误差很多，这些原始误差往往是综合地交误差很多，这些原始误差往往是综合地交错在一起对加工精度产生综合影响的，且错在一起对加工精度产生综合影响的，且其中不少原始误差的影响往往带有随机性。其中不少原始误差的影响往往带有随机性。对于一个
7、受多个随机性质原始误差影响的对于一个受多个随机性质原始误差影响的工艺系统，只有用概率统计的方法来进行工艺系统，只有用概率统计的方法来进行分析，才能得出正确的、符合实际的结果。分析，才能得出正确的、符合实际的结果。第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析 各种加工误差，按它们在一批零件各种加工误差，按它们在一批零件中出现的规律来看，可分为两大类：中出现的规律来看，可分为两大类：系统系统性误差性误差和和随机性误差随机性误差。在顺序加工一批工件中，有些误差在顺序加工一批工件中，有些误差的大小和方向是无规则地变化着的，这些的大小和方向是无规则地变化着的，这些误差称为随机误差。误差称为随机误差
8、。系统性误差可分为系统性误差可分为常值系统性误差常值系统性误差和和变值系统性误差变值系统性误差两种。两种。第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析 在顺序加工一批工件中，其大小和方在顺序加工一批工件中，其大小和方向皆不变的误差，称为向皆不变的误差，称为常值系统性误差常值系统性误差。在顺序加工一批工件中，其大小和在顺序加工一批工件中，其大小和方向遵循某一规律变化的误差，称为方向遵循某一规律变化的误差，称为变值变值系统性误差系统性误差。常常值值系系统统性性误误差差与与加加工工顺顺序序无无关关，而变值系统性误差则与加工顺序有关。而变值系统性误差则与加工顺序有关。第二节第二节 工艺过程的统计
9、分析工艺过程的统计分析 对于常值系统性误差，若能掌握其对于常值系统性误差，若能掌握其大小和方向，就可以通过调整消除；对于大小和方向，就可以通过调整消除；对于变值系统性误差，若能掌握其大小和方向变值系统性误差，若能掌握其大小和方向随时间变化的规律，则可通过自动补偿消随时间变化的规律，则可通过自动补偿消除；惟对随机性误差，只能缩小它们的变除；惟对随机性误差，只能缩小它们的变动范围，而不可能完全消除。动范围，而不可能完全消除。随机性误差的统计规律可用它的概随机性误差的统计规律可用它的概率分布表示。率分布表示。第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析 如果掌握了工艺过程中各种随机误如果掌握了
10、工艺过程中各种随机误差的概率分布，又知道了变值系统性误差差的概率分布，又知道了变值系统性误差的变化规律，那么我们就能对工艺过程进的变化规律，那么我们就能对工艺过程进行有效的控制，使工艺过程按规定要求顺行有效的控制，使工艺过程按规定要求顺利进行。利进行。第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析二、加工误差的统计分析法二、加工误差的统计分析法 1.1.正态分布曲线法正态分布曲线法 机械加工中，工件的尺寸误差是由机械加工中，工件的尺寸误差是由很多相互独立的随机误差综合作用的结果，很多相互独立的随机误差综合作用的结果，如果其中没有一个随机误差是起决定作用如果其中没有一个随机误差是起决定作用的
11、，则加工后工件的尺寸将呈正态分布。的，则加工后工件的尺寸将呈正态分布。加工一批工件，由于各种误差因素的影响，加工一批工件，由于各种误差因素的影响，加工后工件实际尺寸数值不会完全一致，加工后工件实际尺寸数值不会完全一致，这种现象称为尺寸分散。这种现象称为尺寸分散。它们中最大尺寸与最小尺寸之差称为分散它们中最大尺寸与最小尺寸之差称为分散范围。范围。如果将这些数据画成统计曲线，其图形接如果将这些数据画成统计曲线，其图形接近于正态分布曲线，下面以精镗活塞销孔近于正态分布曲线，下面以精镗活塞销孔工序为例介绍统计曲线的绘制方法。工序为例介绍统计曲线的绘制方法。在精镗活塞销孔后的工件中，图纸规定销在精镗活塞
12、销孔后的工件中，图纸规定销孔直径为孔直径为 mm。现抽取其中。现抽取其中100件，件，测量其直径得到测量其直径得到100个数据。将测量所得个数据。将测量所得的数据按大小分组，每组的尺寸间隔（称的数据按大小分组，每组的尺寸间隔（称为组距）取为组距）取0.002mm。将上述数据列入。将上述数据列入表表5-1中中 表5.1-1活塞销孔直径测量结果表中n表示所测工件（样本）的总数。同一组中的工件数m，称为频数，频数与样本总数n之比(m/n)称为频率。以每组工件尺寸的中间值（中值）为横坐以每组工件尺寸的中间值（中值）为横坐标标x，频率（频数）为纵坐标，频率（频数）为纵坐标y，将各组，将各组的频率画在图上
13、，就得到相应的一些点。的频率画在图上，就得到相应的一些点。将这些点连接起来，便可得出如图将这些点连接起来，便可得出如图5.1-18所示曲线，称为实际分布曲线。所示曲线，称为实际分布曲线。在图上标出工件的公差分布范围、公差带在图上标出工件的公差分布范围、公差带中心和分布中心，便可进行质量分析。中心和分布中心，便可进行质量分析。图中图中工件尺寸分散范围工件尺寸分散范围=最大孔径最大孔径 最小孔径最小孔径=28.004-27.992=0.012 mm分散中心分散中心=mx/n=27.9979 mm；公差范围中心公差范围中心=28-0.015/2=27.9925 mm 从画出的实际分布曲线图从画出的实
14、际分布曲线图5.1-18中可看出：中可看出：(a)分散范围小于公差带即分散范围小于公差带即0.012 1，说明公差带大于分散范围，说明公差带大于分散范围，该工序具备了保证精度的必要条件，且有该工序具备了保证精度的必要条件，且有余地。余地。Cp =1时，表明工序刚刚满足加工精度，时，表明工序刚刚满足加工精度，但受调整等系统性常值误差的影响，也会但受调整等系统性常值误差的影响，也会产生不合格品。产生不合格品。Cp 1，说明公差小于尺寸分散范围，说明公差小于尺寸分散范围，将产生一定数量的不合格品。将产生一定数量的不合格品。因此，可利用工艺能力系数因此，可利用工艺能力系数Cp的大小来的大小来进行工艺验
15、证。根据工艺能力系数的大小，进行工艺验证。根据工艺能力系数的大小，可将工艺分为五个等级，如表可将工艺分为五个等级，如表5.1-2所示。所示。表5.1-2工艺等级(b)可计算一批零件加工后的合格率和废品率。可计算一批零件加工后的合格率和废品率。利用正态分布曲线，可计算在一定生产条件下，工件加工后的合格率、废品率、可修废品率和不可修废品率。如图所示，在曲线下面公差带范围内的面积（画阴影部分）代表合格率。当加工外圆时，图左边的空白部分为不可修废品，右边空白部分为可修废品。加工孔时，则恰好相反。图5.1-20利用分布曲线计算合格率和废品率分布曲线下的面积可用积分方法求得：令则总合格率各种不同z值的(z
16、)可查表5.1-3则图5.1-20中表5.1-3(c)可进行误差分析。可进行误差分析。可从分布曲线的形状，位置来分析产生各可从分布曲线的形状，位置来分析产生各种误差的原因。例如当分布曲线的中心与种误差的原因。例如当分布曲线的中心与公差带中心不重合，说明加工中存在系统公差带中心不重合，说明加工中存在系统性常值误差，其大小等于分布曲线中心与性常值误差，其大小等于分布曲线中心与公差带中心之间的差值。公差带中心之间的差值。运用分布曲线研究加工精度时存在的问题运用分布曲线研究加工精度时存在的问题分布曲线只能在一批零件加工完毕后才能分布曲线只能在一批零件加工完毕后才能画出，故不能在加工过程中去分析误差发画
17、出，故不能在加工过程中去分析误差发展的趋势和变化规律，不能主动控制加工展的趋势和变化规律，不能主动控制加工精度。精度。由于分布曲线是在一批零件加工完成后才由于分布曲线是在一批零件加工完成后才画出。因此如发现问题，则对该批零件已画出。因此如发现问题，则对该批零件已无法采取措施，只能对下一批零件的加工无法采取措施，只能对下一批零件的加工起作用。起作用。(2)控制图法控制图法控制图又称点图。它有逐件点图、逐组点控制图又称点图。它有逐件点图、逐组点图和图和 -R图等几种形式。在生产中常见图等几种形式。在生产中常见的是的是 -R图（均值一极差图）。图（均值一极差图）。-R图图是由是由 图和图和R图一起组
18、成的。图一起组成的。A.-R图的绘制方法图的绘制方法(a)在加工过程中，按一定的时间间隔或工在加工过程中，按一定的时间间隔或工件数量，连续抽取件数量，连续抽取m(m=210）个工件为）个工件为一个样组，抽取一个样组，抽取n=(2030)个样组，这个样组，这样按加工先后顺序，共抽取样按加工先后顺序，共抽取N=nm个工个工件。再依次测量它们某项质量特性值，得件。再依次测量它们某项质量特性值，得到如下数据：到如下数据：(i=1,2,n；j=1,2,m)例表例表5.1-4为球面磨床磨削挺杆零件球面，为球面磨床磨削挺杆零件球面，要求球面边缘对挺杆外圆的跳动不大于要求球面边缘对挺杆外圆的跳动不大于0.05
19、mm，按每隔小时抽检一组零件，按每隔小时抽检一组零件，每样组每样组m=4，顺序抽检，顺序抽检25组（组（n=25），），共抽检共抽检100个工件的数据记录表。个工件的数据记录表。(b)计算各组的平均值计算各组的平均值 和极差和极差Ri平均值平均值 极差极差Ri(c)以组号为横坐标，分别以以组号为横坐标，分别以 和和R为纵坐为纵坐标，将求得的各组的平均值标，将求得的各组的平均值 和极差和极差Ri按按组序号依次标在组序号依次标在 和和R图上，然后将各点图上，然后将各点连接起来。连接起来。(d)用实线在用实线在 -R图中画出中心线和图中画出中心线和 ，再用虚线标出控制线。图中各中心线及，再用虚线标出
20、控制线。图中各中心线及控制线的位置可按下列公式计算：控制线的位置可按下列公式计算：图中心线图中心线 R图中心线图中心线 图上控制线图上控制线 图下控制线图下控制线R图上控制线图上控制线式中系数A和D可按表5.1-5选取表5.1-5系数A和D的值 -R图的应用图的应用(a)利用利用 -R图可判断工艺过程的稳定性图可判断工艺过程的稳定性 工艺过程的稳定性用工艺过程的稳定性用 和和R两个统计参两个统计参数来表征。稳定的工艺过程数来表征。稳定的工艺过程 和和R只有只有正常波动。正常波动是随机的，且波动幅正常波动。正常波动是随机的，且波动幅值不大。不稳定的工艺过程存在异常波，值不大。不稳定的工艺过程存在
21、异常波，控制图中控制图中 和和R有明显的上升或下降趋有明显的上升或下降趋势，或有很大的波动，或有点超出控制线。势，或有很大的波动，或有点超出控制线。(b)-R图上可以观察出变值系统误差和图上可以观察出变值系统误差和随机误差的大小和变化情况。如图所示，随机误差的大小和变化情况。如图所示，有明显上升的趋势，说明系统中存在变值有明显上升的趋势，说明系统中存在变值系统误差。系统误差。利用点图法可以在加工过程中控制精度，利用点图法可以在加工过程中控制精度，防止废品的产生。由于采用定时检验法可防止废品的产生。由于采用定时检验法可以节省人力物力，比分布曲线要优越一些，以节省人力物力，比分布曲线要优越一些，但它也有缺点。因此，在生产过程中进行但它也有缺点。因此，在生产过程中进行加工误差的统计分析时，常将分布曲线法加工误差的统计分析时，常将分布曲线法与点图法结合起来一起应用。与点图法结合起来一起应用。加工误差统计分析，除了介绍的正态分布加工误差统计分析，除了介绍的正态分布曲线法和控制图法外，还有相关分析法。曲线法和控制图法外，还有相关分析法。它主要研究加工过程中某些误差之间的关它主要研究加工过程中某些误差之间的关系。系。