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1、第五章 机械制造质量分析与控制,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、低消耗。产品的质量是第一位的，没有质量，高效率、低成本就失去了意义。产品质量是指用户对产品的满意程度。,第五章 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；二是产品的制造质量；三是服务。 以往强调较多的往往是制造质量，现代的质量观，主要站在用户的立场上衡量。 当今，服务也占据越来越重要的地位。,第五章 机械制造质量分析与控制,制造质量，它主要指产品的制造与设计的符合程度。 设计质量，主要反映所设计的产品，与用户 (顾客) 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、维修、安
2、装等。,第五章 机械制造质量分析与控制,产品的制造质量主要与零件制造质量、产品的装配质量有关，零件的制造质量是保证产品质量的基础。 零件的机械制造质量包括零件几何精度和零件表面层的物理机械性能两个方面。,第五章 机械制造质量分析与控制,零件的几何误差包括尺寸误差、几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、波度和微观几何形状误差，参见图5-1。,图5-1 微观几何形状误差、波度与宏观几何形状误差,第五章 机械制造质量分析与控制,表面粗糙度是加工表面的微观几何形状误差，其波距 () 与波高 () 之比一般小于50。 波距 () 与波高 () 之比在501000范围内的几何形状误
3、差，称为波度。 波距 () 与波高 () 之比大于1000的几何形状误差，称为宏观几何形状误差。,第五章 机械制造质量分析与控制,零件表面层物理机械性能方面的质量主要是指表面层材料的冷作硬化、金相组织的变化、残余应力。 本章将机械制造质量分成加工精度和表面质量两个方面来研究。前者包括尺寸精度、宏观几何形状精度和位置精度；后者包括表面粗糙度、波度和表面层材料物理机械性能。,第五章 机械制造质量分析与控制,主要内容： 机械加工精度 工艺过程的统计分析 机械加工表面质量 机械加工过程中的几种振动形式,第二节 工艺过程的统计分析,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误差很多，这些原
4、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，且其中不少原始误差的影响往往带有随机性。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分析，才能得出正确的、符合实际的结果。,第二节 工艺过程的统计分析,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：系统性误差和随机性误差。 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，这些误差称为随机误差。 系统性误差可分为常值系统性误差和变值系统性误差两种。,第二节 工艺过程的统计分析,在顺序加工一批工件中，其大小和方向皆不变的误差，称为常值系统性误差。 在顺序加工一批工件中，其大小和方向遵循某
5、一规律变化的误差，称为变值系统性误差。 常值系统性误差与加工顺序无关，而变值系统性误差则与加工顺序有关。,第二节 工艺过程的统计分析,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。 随机性误差的统计规律可用它的概率分布表示。,第二节 工艺过程的统计分析,如果掌握了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利进行。,第二节 工艺过程的统计分析,二、加工误差的统
6、计分析法 1.正态分布曲线法 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，如果其中没有一个随机误差是起决定作用的，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。它们中最大尺寸与最小尺寸之差称为分散范围。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，图纸规定销孔直径为 mm。现抽取其中100件，测量其直径得到100个数据。将测量所得的数据按大小分组，每组的尺寸间隔（称为组距）取0.002mm。将上述数据列
7、入表5-1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）为横坐标x，频率（频数）为纵坐标y，将各组的频率画在图上，就得到相应的一些点。将这些点连接起来，便可得出如图5.1-18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、公差带中心和分布中心，便可进行质量分析。,图中工件尺寸分散范围= 最大孔径 最小孔径 = 28.004 - 27.992 = 0.012 mm分散中心 = mx/n = 27.9979 mm；公差范围中心 = 28-0.015/2 =
8、27.9925 mm,从画出的实际分布曲线图5.1-18中可看出：分散范围小于公差带即0.012 1，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，且有余地。 Cp = 1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，也会产生不合格品。Cp 1，说明公差小于尺寸分散范围，将产生一定数量的不合格品。因此，可利用工艺能力系数Cp的大小来进行工艺验证。根据工艺能力系数的大小，可将工艺分为五个等级，如表5.1-2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。,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
9、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)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分布曲线只能在一批零件加工完毕后才
10、能画出，故不能在加工过程中去分析误差发展的趋势和变化规律，不能主动控制加工精度。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，则对该批零件已无法采取措施，只能对下一批零件的加工起作用。,(2) 控制图法控制图又称点图。它有逐件点图、逐组点图和 -R图等几种形式。在生产中常见的是 -R图（均值一极差图）。 -R图是由 图和R图一起组成的。,A. -R图的绘制方法(a) 在加工过程中，按一定的时间间隔或工件数量，连续抽取m(m=210）个工件为一个样组，抽取n = (2030)个样组，这样按加工先后顺序，共抽取N = nm个工件。再依次测量它们某项质量特性值，得到如下数据： (i =1
11、,2,n；j =1,2,m),例表5.1-4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0.05mm，按每隔小时抽检一组零件，每样组m=4，顺序抽检25组（n=25），共抽检100个工件的数据记录表。,(b) 计算各组的平均值 和极差Ri平均值 极差Ri,(c) 以组号为横坐标，分别以 和R为纵坐标，将求得的各组的平均值 和极差Ri按组序号依次标在 和R图上，然后将各点连接起来。,(d)用实线在 -R图中画出中心线和 ，再用虚线标出控制线。图中各中心线及控制线的位置可按下列公式计算： 图中心线 R图中心线,图上控制线,图下控制线,R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 (a) 利用 -R图可判断工艺过程的稳定性 工艺过程的稳定性用 和R两个统计参数来表征。稳定的工艺过程 和R只有正常波动。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，控制图中 和R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。,(b) -R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， 有明显上升的趋势，说明系统中存在变值系统误差。,
