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1、机械制造工艺学课件第讲第1页，本讲稿共39页1、系统误差 在一定工艺条件下，顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按一定规律变化的加工误差。常值系统误差其大小和方向均不改变。如机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误差，机床、夹具、量具的磨损等因素引起的加工误差。变值系统误差误差大小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。一、加工误差的性质一、加工误差的性质第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第2页，本讲稿共39页 在一定的工艺条件下，顺序加工一批工件中，其大小和方向随机变化（无变化规律）的加工误差。随机
2、误差是工艺系统中大量随机因素共同作用而引起的。随机误差服从统计学规律。如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化而造成的加工误差；定位误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。2、随机误差第四章第四章第四章第四章 机械加工精度机械加工精度机械加工精度机械加工精度第3页，本讲稿共39页定义：以生产现场内对一批工件进行检查的数据为基础，运用数理统计的方法，从中找出规律性的东西，进而获得解决问题的途径。过程：母体试样数据作图结论措施抽样测定处理分析研究处理二、加工误差的统计分析法第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第4页，本讲稿共39页1、分布曲线法基本概念：样本样本：用于抽取测量的一批工件 样本容量
3、样本容量n n：抽取样本的件数；样本容量通常取 n=50200 随机变量随机变量x x：任意抽取的零件的加工尺寸。极差极差R R：抽取的样本尺寸的最大值和最小值之差。R=Xmax-Xmin 组距组距d d：将样本尺寸按大小顺序排列，并分为k组，组距为d 第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第5页，本讲稿共39页频数频数m mi i：同一尺寸或同一误差组的零件数量mi称为频数。频率频率f fi i：频数与样本容量的比值。平均值平均值 ：表示样本的尺寸分散中心。均方根均方根差差：反映了一批工件尺寸的分布范围第四章第四章第四章第四章 机械加工精度机械加工精度机械加工精度机械加工精度第6页，本讲稿共
4、39页 分布曲线图绘制步骤(1)(1)采集数据采集数据 测量样本零件尺寸，并做记录测量样本零件尺寸，并做记录第四章第四章第四章第四章 机械加工精度机械加工精度机械加工精度机械加工精度第7页，本讲稿共39页(5)(5)画画直直方方图图：以以工工件件尺尺寸寸（误误差差）为为横横坐坐标标，以以频频数数或频率为纵坐标。或频率为纵坐标。第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第8页，本讲稿共39页第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第9页，本讲稿共39页从本实验分布曲线可以看出：工件尺寸的工件尺寸的分散范围分散范围是是 ；有少量的过小废品；有少量的过小废品；存在存在常值系统误差常值系统误差 本样本零件的
5、尺寸基本符合正态分布规律。本样本零件的尺寸基本符合正态分布规律。第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第10页，本讲稿共39页 分布函数分布函数yF（z）正态分布曲线(z=0)x(z)0z-+其中x：为工件尺寸：为工件平均中心：均方根偏差 ；工件尺寸为x时出现的概率 n：工件总数第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第11页，本讲稿共39页 正态分布曲线的特点正态分布曲线的特点v决定分布曲线的坐标位置，取决于常值误差，改变常值误差，曲线在横坐标上移动，但曲线形状不变。XY123对正态分布曲线的影响第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第12页，本讲稿共39页v均方根偏差，是决定曲线形状的唯一参
6、数，是决定分散范围的唯一参数 其大小决定了随机误差的影响程度。=1/2=1=2 对正态分布曲线的影响第四章第四章第四章第四章 机械加工精度机械加工精度机械加工精度机械加工精度第13页，本讲稿共39页v正态分布曲线下包含的面积代表了全部工件：()图中红色面积表示工件尺寸在到x间出现的概率。第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第14页，本讲稿共39页令：将 z 代入上式，有：称 z 为标准化变量yF（z）z(x)0 xF（z）为图中剖面部分的面积对于不同Z值的F（z），可以查表得到vF(z)的意义yF（z）正态分布曲线(z=0)x(z)0z-+第15页，本讲稿共39页例：当F=0.4772F=0
7、.49865F=0.1915F=0.3413第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第16页，本讲稿共39页第四章第四章第四章第四章 机械加工精度机械加工精度机械加工精度机械加工精度第17页，本讲稿共39页v33的含义的含义:当z土3,即x一土3,查表得2F(3)0.4986529973。这说明随机变量落在土3 范围以内的概率为9973，落在此范围以外的概率仅0.27，此值很小。因此可以认为正态分布的随机变量的实用分散范围是6。这就是所谓的3原则。右图中：第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第18页，本讲稿共39页确定工序能力及其等级v 所谓工序能力是指工序处于稳定状态时，加工误差（随机误差）
8、正常波动的幅度。当加工尺寸服从正态分布时，其实用尺寸分散范围是6，所以工序能力就是6。v实用尺寸分散范围6反映一批零件工序加工精度的高低和随机误工序加工精度的高低和随机误差的大小差的大小。v 工序能力等级是以工序能力系数来表示的，它代表该工序能满足加工精度要求的程度。当工序处于稳定状态时，工序能力系数 Cp按下式计算:第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第19页，本讲稿共39页y工艺能力系数符号含义x033公差带T第四章第四章第四章第四章 机械加工精度机械加工精度机械加工精度机械加工精度第20页，本讲稿共39页vv 工序能力等级工序能力等级 工序能力系数 工序等级 说 明 CP1.67 特级
9、 工序能力过高1.67 CP 1.33 一级 工序能力足够1.33 CP 1.00 二级 工序能力勉强1.00 CP 0.67 三级 工序能力不足 0.67 CP 四级 工序能力很差工序能力等级第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第21页，本讲稿共39页.当当 时，过大废品、过小废品相等（如下时，过大废品、过小废品相等（如下页页左图所示）左图所示）计算一批零件的合格率和废品率的方法计算一批零件的合格率和废品率的方法 合格率：合格率：式中：式中：查表可得查表可得F(Z)则废品率：则废品率：且且 过小的废品轴和过大的废品孔工件，都不可修复。过小的废品轴和过大的废品孔工件，都不可修复。第22页，本
10、讲稿共39页图：计算合格率、废品率 第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第23页，本讲稿共39页.当当 时，合格率和废品率的计算时，合格率和废品率的计算（如上右图所示）（如上右图所示）（过大废品与过小废品应分别计算）（过大废品与过小废品应分别计算）过小废品率：过小废品率：式中式中:根据根据Z的大小，查表可得合格率的大小，查表可得合格率 ，代入，代入上式即可算得上式即可算得第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第24页，本讲稿共39页.同理：过大废品率：同理：过大废品率：式中：式中：=则总合格率则总合格率或：总合格率或：总合格率 +根据根据Z的大小，查表可得合格率的大小，查表可得合格率 ，代入
11、上式，代入上式即可算得即可算得 。第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第25页，本讲稿共39页 在一般情况下，应使公差带的宽度在一般情况下，应使公差带的宽度 。但。但考虑到考虑到常值系统性误差常值系统性误差 （如刀具磨损、对刀误差）（如刀具磨损、对刀误差）以及其它因素的影响，至少应使以及其它因素的影响，至少应使 。从上图分析可知：从上图分析可知：保证加工系统不出废品的充分、必要条件是：保证加工系统不出废品的充分、必要条件是：第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第26页，本讲稿共39页 例题例题第27页，本讲稿共39页.解：解：根据题意画尺寸分布根据题意画尺寸分布曲线曲线图图 第28页，本讲
12、稿共39页.求均方根差求均方根差已知已知 则则 故故 F(Z)=0.4771查表可知，式中：查表可知，式中：=2 该工序的该工序的加工精度加工精度为为第29页，本讲稿共39页.计算例题二计算例题二第30页，本讲稿共39页.解：解：求随机误差的大小求随机误差的大小 根据已知条件可知：根据已知条件可知：则均方根误差则均方根误差 mm即随机误差为即随机误差为第31页，本讲稿共39页.求常值系统误差求常值系统误差 平均尺寸：平均尺寸：公差带分布中心：公差带分布中心：故故 第32页，本讲稿共39页.画尺寸正态分布图画尺寸正态分布图计算各坐标点：计算各坐标点：；根据各坐标点作图：根据各坐标点作图：第33页
13、，本讲稿共39页.判断有无废品判断有无废品：无过小废品；无过小废品；存在过大废品。存在过大废品。（过大的工件孔不能修复）（过大的工件孔不能修复）第34页，本讲稿共39页.计算废品率计算废品率式中：式中：故当故当 时，查表得时，查表得 则废品数量：则废品数量：第35页，本讲稿共39页.加工误差分析加工误差分析 而而 ,即即 工艺系统必出少量废品。工艺系统必出少量废品。而而 工艺能力系数工艺能力系数 减减少少废废品品的的措措施施：采采用用精精度度更更高高的工艺装备。的工艺装备。可见：产生废品的可见：产生废品的主要原因是主要原因是：该加工方法的工序精度不该加工方法的工序精度不足。足。第36页，本讲稿
14、共39页 分布曲线的缺点分布曲线的缺点分布曲线的缺点分布曲线的缺点分布曲线法未考虑零件的加工先后顺序，不能反映出系统误差的变化规律及发展趋势；只有一批零件加工完后才能画出，不能在加工进行过程中提供工艺过程是否稳定的必要信息；发现问题后，对本批零件已无法补救。第37页，本讲稿共39页单值点图工件序号b）AABOOB工件尺寸工件尺寸工件序号a）140246810 12公差带T控制限2、点图分析法1、单值点图、单值点图平均值曲线OO：瞬时分散中心变值系统误差起始点O：常值系统误差AA，BB：每一瞬时分散范围。受随机误差的影响。第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第38页，本讲稿共39页将一批工件的尺寸按加工顺序分为k组，每组有m个工件，表示某一组的平均值，表示该组最大尺寸与最小尺寸之差：以组序号为横坐标，以 与 为纵坐标，就可作出其相应的 的点图，如图所示。2、组值点图由于 在一定程度上代表了瞬时的分散中心，故 点图可以反映系系统统误误差差的变化趋势；在一定程度上代表了瞬时的尺寸分散范围，R点图可反映出随随机机误误差差及其变化趋势。点图与R点图是加工误差分析中常用的两种点图。第四章第四章 机械加工精度机械加工精度第39页，本讲稿共39页