第五章 机械制造质量分析及控制1

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第一节第一节 机械加工精度机械加工精度第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析第三节第三节 机械加工表面质量机械加工表面质量第四节第四节 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动产品质量包括三层含义：产品质量包括三层含义：w 设计质量设计质量：产品设计与用户期望之间的符合程度产品设计与用户期望之间的符合程度w 制造质量制造质量：产品制造与设计的符合程度（产品制造与设计的符合程度（分与零分与零件制造质量和产品的装配质量有关件制造质量和产品的装配质量有关）w 服务质量服务质量：售前服务，售后培训、维修、安装。售前服务，售后培训、维

2、修、安装。 零件制造质量零件制造质量：包括零件几何精度和表面层：包括零件几何精度和表面层物理机械性能两方面物理机械性能两方面几何形状误差：几何形状误差：机械制造质量机械制造质量尺寸精度位置精度宏观几何形状精度表面粗糙度波度表面层材料物理力学性能加工精度表面质量几何形状误差几何形状误差第一节第一节 机械加工精度机械加工精度一、概述一、概述1. 1. 加工精度与加工误差加工精度与加工误差加工精度加工精度：零件加工后的实际几何参数（尺寸、：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与形状和位置）与理想几何参数理想几何参数的的。加工误差：加工误差：零件加工后的实际几何参数（尺寸、零件加工后的实际几何

3、参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的形状和位置）与理想几何参数的。一、概述一、概述2. 加工经济精度加工经济精度对于一种加工方法，在正常对于一种加工方法，在正常加工条件下加工条件下（采用符合质量（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长准技术等级的工人，不延长加工时间）加工时间）所能保证的加工所能保证的加工精度。精度。经济加工精度为经济加工精度为一个范围一个范围，在此范围内是经济的，且可在此范围内是经济的，且可随工艺水平的提高而变化。随工艺水平的提高而变化。一、概述一、概述3. 原始误差原始误差 工艺系统存在着误差是引起加工误差的根工艺系统存在着

4、误差是引起加工误差的根本原因，将工艺系统的误差称为原始误差。本原因，将工艺系统的误差称为原始误差。包括包括几何误差、定位误差、受力变形引起的加工误差、受几何误差、定位误差、受力变形引起的加工误差、受热变形引起的加工误差、内应力重新分布引起的变形以及热变形引起的加工误差、内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差和测量误差等。原理误差、调整误差和测量误差等。 原理误差原理误差 工件装夹误差工件装夹误差 调整误差调整误差 机床误差机床误差 夹具误差夹具误差 刀具制造误差刀具制造误差刀具磨损刀具磨损工艺系统受力变形工艺系统受力变形工艺系统受热变形工艺系统受热变形内应力引起的变形内应力引起的变形测

5、量误差测量误差加工前加工前加工中加工中加工后加工后与初始状态有关与初始状态有关与工艺过程有关与工艺过程有关工艺系统工艺系统静误差静误差工艺系统工艺系统动误差动误差一、概述一、概述4.4.误差敏感方向误差敏感方向RYRRR =X202YYRRXRX 显然：XYRR 误差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）一、概述一、概述5. 研究机械加工精度的方法研究机械加工精度的方法在掌握各原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析加在掌握各原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析加工中所出现的误差可能是哪一个或哪几个主要原始误差所工中所出现的误差可能是哪一个或哪几个主要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差之

6、间的影响关系，进引起的，并找出原始误差与加工误差之间的影响关系，进而通过估算来确定工件的加工误差的大小，再通过试验测而通过估算来确定工件的加工误差的大小，再通过试验测试来加以验证。试来加以验证。对具体加工条件下加工得到的几何参数进行实际测量，然对具体加工条件下加工得到的几何参数进行实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。分析计算法分析计算法统计分析法统计分析法各项原始误差单独的变化规律各项原始误差单独的变化规律各项误差综合的变化规律

7、各项误差综合的变化规律二、工艺系统几何误差二、工艺系统几何误差1 1、机床的几何误差、机床的几何误差机床、刀具、夹具的几何误差机床、刀具、夹具的几何误差主轴回转误差、导轨误差、传动链误差主轴回转误差、导轨误差、传动链误差（1）主轴回转误差：主轴各瞬间实际回转轴）主轴回转误差：主轴各瞬间实际回转轴线对其平均回转轴线的变动量。可分解为线对其平均回转轴线的变动量。可分解为径径向圆跳动向圆跳动、轴向窜动轴向窜动和和角度摆动角度摆动三种形式。三种形式。1 1、机床的几何误差、机床的几何误差（1）主轴回转误差）主轴回转误差产生径向回转误差的原因：主轴轴颈的同轴度误差、轴承产生径向回转误差的原因：主轴轴颈的

8、同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴挠度等。本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴挠度等。产生轴向窜动的原产生轴向窜动的原因：主轴轴肩端面因：主轴轴肩端面和轴承承载端面对和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂主轴回转轴线有垂直度误差。直度误差。注意：注意：车床和镗床车床和镗床主轴回转误差的影主轴回转误差的影响因素的差别响因素的差别1 1、机床的几何误差、机床的几何误差（1）主轴回转误差）主轴回转误差提高机床主轴回转精度的措施提高机床主轴回转精度的措施：提高主轴及箱：提高主轴及箱体的制造精度、选用高精度的轴承、提高主轴体的制造精度、选用高精度的轴承、提高主轴部件的装配精度、对

9、高速主轴部件进行平衡、部件的装配精度、对高速主轴部件进行平衡、对滚动轴承进行预紧等。对滚动轴承进行预紧等。此外，还可从工艺方面采取转移主轴回转误差此外，还可从工艺方面采取转移主轴回转误差的措施。的措施。1 1、机床的几何误差、机床的几何误差（2）导轨误差）导轨误差导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差此外，导轨的不均匀磨损和安装质量也是造成导轨误差的重要因素。导轨精度要求包括：在水平面内的直线度；在垂直面内的直线度；前后导轨的平行度（扭曲）；导轨与主轴回转轴线的平行度（或垂直度）等。1 1、机床的几何误差、机床的几何误差导轨误差对加工精度的影响1 1、机床的几何误差、机床的几何误差成形运

10、动间位置误差对外圆和端面车削的影响fZzzc）HyR0fXZLfdDdxa）b）1 1、机床的几何误差、机床的几何误差（3）传动链误差）传动链误差指传动链始末两端传动元件之间相对运动的误差。主要影响刀具与工件之间速比关系的准确性（如螺纹、齿轮加工时），一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。以滚齿机为例减小传动链误差的措施减小传动链误差的措施: :1）尽可能缩短传动链，减少误差源数2）尽可能降速传动，并使末端传动副采用大的降速比，且要提高末端传动件的精度3）提高传动元件的制造精度和装夹精度，减小误差源，特别是升速传动元件。此外，还可采用传动误差补偿装置4211nnjnjjjjk （5-2） 11

11、1180282828421202828285672neaciKfbd 差2 2、刀具的几何误差、刀具的几何误差 定尺寸刀具定尺寸刀具的尺寸和形状误差影响加工的尺寸和形状误差影响加工尺寸和形状精度尺寸和形状精度 成形刀具成形刀具的形状误差和安装误差影响加工的形状误差和安装误差影响加工形状精度形状精度 展成刀具展成刀具的尺寸、形状及安装误差影响加工的尺寸、形状及安装误差影响加工形状精度形状精度 一般刀具一般刀具的制造误差的制造误差不直接影响不直接影响加工精度加工精度 刀具磨损刀具磨损对加工精度的影响对加工精度的影响三个阶段：三个阶段：初期磨损阶段初期磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段急剧

12、磨损阶段000()10001000KllK l刀具正常磨损量刀具正常磨损量 （5-3）O l0 l l切削路程 l / m0尺寸磨损量/m图5-9 刀具的尺寸磨损与切削路程的关系3 3、夹具的几何误差、夹具的几何误差1）定位误差；2）刀具导向（对刀）误差；3）夹紧误差；4）夹具制造误差；5）夹具安装误差；通常取精加工夹具公差为工件上相应尺寸公差的1/21/3，粗加工夹具则取1/51/10 。三、调整误差三、调整误差1 1、试切法调整、试切法调整调整调整机床、刀具、夹具机床、刀具、夹具的过程中产生的误差的过程中产生的误差度量误差、加工余量的影响、微进给误差度量误差、加工余量的影响、微进给误差2

13、2、按定程机构调整、按定程机构调整3 3、按样件或样板调整、按样件或样板调整四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差1 1、基本概念、基本概念机械加工工艺系统在力的作用下产生变形，破坏了工件机械加工工艺系统在力的作用下产生变形，破坏了工件与刀具之间正确的相对位置，产生加工误差。与刀具之间正确的相对位置，产生加工误差。四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差1 1、基本概念、基本概念工艺系统刚度：加工误差敏感方向上工艺系统所受径向切削分力与变形量之比pFky系式中 Fp径向切削分力，又可称吃刀抗力； y 工艺系统在切削合力作用下的变形。fpcFFFyyyy

14、四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差2 2、工件刚度、工件刚度工件刚度对加工精度的影响细长轴加工细长轴加工四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差3 3、刀具刚度、刀具刚度刀具刚度对加工精度的影响内孔加工内孔加工四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差4 4、机床部件刚度、机床部件刚度（1）机床部件刚度及其特点v 非线形关系，不完全是弹性变形v 加载和卸载曲线不重合，所围面积表示克服摩擦和接触塑性变形所作功v 存在残余变形，反复加载卸载后残余变形0v 机床部件刚度比按实体估算值小许多，表明其变形受多种因素影响四、工艺系统受力变形引

15、起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差4 4、机床部件刚度、机床部件刚度（2）影响机床部件刚度的因素1）结合面接触变形的影响2）摩擦力的影响3）低刚度零件的影响4）间隙的影响表面粗糙度、宏观几何形状表面粗糙度、宏观几何形状误差、材料硬度、纹理方向误差、材料硬度、纹理方向四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差5 5、工艺系统刚度及其对加工精度的影响、工艺系统刚度及其对加工精度的影响11111kkkkk刀工系夹机工艺系统刚度的倒数等于各组成部分刚度的倒数之和。工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加：由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：yyy

16、yy刀工系夹机一般情况下，常见工艺系统的低刚度环节如下：1）对于车床，k头架 k尾架 k刀架；车细长轴时，k工件最小。2）对于卧式铣床， k升降台 k工作台 k主轴 k刀杆。3）对于镗床， k镗杆最小。4）对于内圆磨床， k磨杆最小。工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响（1）由于工艺系统刚度变化引起的误差22p111xlxxyyyFkklkl系刀架尾刀架主p221111Fkylxxkklkl系系尾刀架主11111kkkkk刀工系夹机221111lxxkkklkl尾系刀架主即即比较式（比较式（5-6）工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响（1）由于工艺系统刚

17、度变化引起的误差【例5-1】 经测试，某车床的k主=300000N/mm，k尾56600N/mm，k刀架30000N/mm，在加工长度为 l 的刚性轴时，径向切削分力Fp400N，试计算该轴加工后的圆柱度误差。 22p111lxxyFkklkl系尾刀架主令a = k主/k尾，则x = l/(1+a)时，y系最小：p111ayFkka系min刀架主工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响（1）由于工艺系统刚度变化引起的误差考虑工件变形时的工艺系统总变形考虑工件变形时的工艺系统总变形2222p1113xlxxlxxyyyyFkklklEIl工系刀架尾刀架主p222211113Fky

18、lxxlxxkklklEIl系系尾刀架主工艺系统刚度则为工艺系统刚度则为工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响（2）由于切削力变化引起的误差1212121ppppCyyFFaakk工毛系系利用误差复映系数可由毛坯误差估算加工后的工件误差利用误差复映系数可由毛坯误差估算加工后的工件误差Ck系机械加工中，误差复映系数通常小于1，定量地反映了毛坯误差经加工后减小的程度。可通过多次走刀，消除误差复映的影响。123n 工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响（2）由于切削力变化引起的误差【例5-2】具有偏心e=1.5mm的短阶梯轴装夹在三爪自定心卡盘中，分两次进给粗车小

19、头外圆，设两次进给的复映系数均为=0.1，试计算加工后阶梯轴的偏心量是多大？误差复映概念的推广：误差复映概念的推广：1）每一件毛坯的误差都会因切削余量不均匀而复映）每一件毛坯的误差都会因切削余量不均匀而复映2）工艺系统刚度低的场合，误差复映现象较明显）工艺系统刚度低的场合，误差复映现象较明显3）大批量生产中，有必要查明误差复映的大小）大批量生产中，有必要查明误差复映的大小工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响（3）由于夹紧变形引起的误差（4）其它作用力的影响如：重力、惯性力、传动力等如：重力、惯性力、传动力等四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差6 6、

20、减小工艺系统受力变形的途径、减小工艺系统受力变形的途径（1） 提高工艺系统的刚度提高工艺系统的刚度 1）提高工件和刀具的刚度 2）提高机床的刚度 3）采用合理的装夹方式和加工方式（2）减小切削力及其变化）减小切削力及其变化五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差1 1、工艺系统的热源、工艺系统的热源（1）内部热源）内部热源 1）切削热 2）摩擦热和能量损耗 3）派生热源（2）外部热源）外部热源 1）环境温度 2）辐射热刀具、工件变形（切削热的分配）某个关键部位变形机床其它部位变形在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约4070%。五、工艺系统受热变形

21、引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差2 2、工件热变形对加工精度的影响、工件热变形对加工精度的影响（1）工件均匀受热（轴类零件处于相对稳定的温度场中）工件均匀受热（轴类零件处于相对稳定的温度场中） 5级丝杠累积误差全长5m，可见热变形的严重性531.1 1040014.410()4.4()LLtmmm式中 L， D 长度和直径热变形量； L，D 工件原有长度和直径； 工件材料线膨胀系数； 温升。LLDD五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差2 2、工件热变形对加工精度的影响、工件热变形对加工精度的影响（2）工件不均匀受热（）工件不均匀受热（板类工件单面加工时）式中 f

22、 工件凸起量（变形挠度） ； L，H 工件原有长度和厚度； 工件材料线膨胀系数； 上下表面之间的温差。28LfH图5-24 平面加工热变形 f/ 4LH结果结果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件上表面下凹。措施措施：控制上下表面的温差。五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差3 3、刀具热变形对加工精度的影响、刀具热变形对加工精度的影响特点A连续切削变形曲线连续切削变形曲线B冷却变形曲线冷却变形曲线C间断切削变形曲线间断切削变形曲线五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差4 4、机床热变形对加工精度的影响、机床热变形对加工

23、精度的影响结构复杂，热源分布不均匀，工作条件变化大，机床各部分的温升不同，影响加工精度。车、铣、钻、镗等机床，主要热源为车、铣、钻、镗等机床，主要热源为主轴箱的发热主轴箱的发热五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差4 4、机床热变形对加工精度的影响、机床热变形对加工精度的影响牛头刨、龙门刨、立车等机床，主要热源为牛头刨、龙门刨、立车等机床，主要热源为工作台与工作台与床身导轨间的摩擦热床身导轨间的摩擦热五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差4 4、机床热变形对加工精度的影响、机床热变形对加工精度的影响磨床的主要热源为磨床的主要热源为磨头轴承和液压系统的

24、发热磨头轴承和液压系统的发热五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差5 5、减少工艺系统热变形的途径、减少工艺系统热变形的途径v 将热源分离出去v 结构设计上改善摩擦条件v 隔离热源五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差5 5、减少工艺系统热变形的途径、减少工艺系统热变形的途径v 采用风扇、散热片、循环润滑冷却系统等措施五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差5 5、减少工艺系统热变形的途径、减少工艺系统热变形的途径五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差5 5、减少工艺系统热变形的途径、减少工艺系统热变形的途径

25、五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差5 5、减少工艺系统热变形的途径、减少工艺系统热变形的途径v 预热机床，甚至人为供热五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差5 5、减少工艺系统热变形的途径、减少工艺系统热变形的途径v 主要针对精密加工机床六、内应力重新分布引起的误差六、内应力重新分布引起的误差1 1、基本概念、基本概念内应力：没有外力作用而存内应力：没有外力作用而存在于零件内部的应力在于零件内部的应力2 2、内应力的产生、内应力的产生（1）热加工中内应力的产生）热加工中内应力的产生（2）冷校直产生的内应力）冷校直产生的内应力六、内应力重新分布引起

26、的误差六、内应力重新分布引起的误差3 3、减小内应力变形误差的途径、减小内应力变形误差的途径（1）改进零件结构）改进零件结构（2）增设消除内应力的热处理工序）增设消除内应力的热处理工序（3）合理安排工艺过程）合理安排工艺过程七、提高加工精度的途径七、提高加工精度的途径1 1、减小原始误差、减小原始误差2 2、转移原始误差转移原始误差3 3、均分原始误差、均分原始误差4 4、均化原始误差、均化原始误差5 5、误差补偿、误差补偿第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制第一节第一节 机械加工精度机械加工精度第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析第三节第三节 机械加工表面

27、质量机械加工表面质量第四节第四节 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析工艺过程质量状态的两个方面工艺过程质量状态的两个方面1、生产过程的稳定性、生产过程的稳定性稳定性说明生产过程中所表征的状态特征数据是否在受控条件下。稳定性说明生产过程中所表征的状态特征数据是否在受控条件下。过程稳定性可用生产过程统计数据的数学期望过程稳定性可用生产过程统计数据的数学期望来表示。来表示。第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析工艺过程质量状态的两个方面工艺过程质量状态的两个方面2、过程能力、过程能力生产过程能力说明生产过程处于稳定的条件下特征值在控

28、制界限内分生产过程能力说明生产过程处于稳定的条件下特征值在控制界限内分布的范围。布的范围。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常值系统误差在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不变。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，调整误差等。变值系统误差在顺序加工一批工件中，其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。加工误差系统误差随机误差常值系统误差变值系统误差一、误差统计性质的分类一、误差统计性质的分类在顺序加工一批工件中，其大小和方向随机变化的加工误差。如加工

29、余量或材料硬度不均匀引起的加工误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。 随机误差是工艺系统中大量随机因素共同作用而引起的，服从统计学规律。v 常值系统误差，可通过调整消除。v 变值系统误差，可通过自动补偿消除。v 随机误差，不能完全消除，只能根据其概率分布进行控制，从而缩小其变动范围。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析实践证明：实践证明：在调整好了的机床（例如自动机）上在调整好了的机床（例如自动机）上加工，引起误差的因素中没有特别显著的因素，加工，引起误差的因素中没有特别显著的因素，而且加工进行情况正常（机床、夹具、刀具在良而且加工进行情况正常（机床、夹具、刀具在良好的状态下），则

30、一批工件的实际尺寸分布可以好的状态下），则一批工件的实际尺寸分布可以看作是正态分布。也就是说，看作是正态分布。也就是说，若引起系统性误差若引起系统性误差的因素不变，引起随机性误差的多种因素的作用的因素不变，引起随机性误差的多种因素的作用都微小且在数量级上大致相等，则加工所得的尺都微小且在数量级上大致相等，则加工所得的尺寸将按正态分布曲线分布寸将按正态分布曲线分布。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析（1）正态分布的数学模型、特征参数和特殊点22()21( ),02x xy xex 11niixxn211niixxn二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析（1）正态分布的数学

31、模型、特征参数和特殊点的偏移只影响曲线的位置，而不影响曲线的形状；值的变化只影响曲线的形状，而不影响曲线的位置。x反映工艺过程的稳定性反映工艺过程的稳定性反映工艺过程能力反映工艺过程能力二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析（1）正态分布的数学模型、特征参数和特殊点正态分布曲线的特点：正态分布曲线的特点：1）曲线呈钟形，中间高，两边低。说明尺寸靠近分散中）曲线呈钟形，中间高，两边低。说明尺寸靠近分散中心的工件占大部分，而尺寸远离分散中心的是极少数。心的工件占大部分，而尺寸远离分散中心的是极少数。2）工件尺寸大于）工件尺寸大于 和小于和小于 的频率是相等的。的频率是相等的。3）表示正态

32、分布的曲线形状的参数是）表示正态分布的曲线形状的参数是，越大，曲线越大，曲线越平坦，尺寸越分散，也就是加工精度越低；越平坦，尺寸越分散，也就是加工精度越低；越小，曲越小，曲线越陡峭，尺寸越集中，也就是加工精度越高。线越陡峭，尺寸越集中，也就是加工精度越高。 xx二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析（2）标准正态分布221( )2xy xe0 =1x 、xxz可将非标准正态分布转换成标准正态分布：令标准化变量222()22111( )( )22x xzy xeey z通常只需要知道某偏差与通常只需要知道某偏差与的倍数关系即可知道该偏差的倍数关系即可知道该偏差处的概率密度，而与偏差的处

33、的概率密度，而与偏差的具体值无关。具体值无关。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析xxz22（3）工件尺寸在某区间内的概率求得求得x2偏差与偏差与的倍数关系，即的倍数关系，即则则x x2 2与与 之间的面积为：之间的面积为：(Z(Z2 2) )。xxxz11同样，求得同样，求得x1偏差与偏差与的倍数关系，即的倍数关系，即则则x x1 1与与 之间的面积为：之间的面积为：(Z(Z1 1) )。x最后，工件尺寸落在最后，工件尺寸落在x1与与x x2 2之间的概率之间的概率为为(Z1) + (Z2) 。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析（3）工件尺寸在某区间内的概率yx03

34、3“6原则原则”或或“3原则原则”工件尺寸符合正态分布时，工件尺寸落在工件尺寸符合正态分布时，工件尺寸落在 范范围内的概率为围内的概率为99.73%，而落在该范围以外的概率只占，而落在该范围以外的概率只占0.27%，可忽略不计，因此可认为，正态分布的分散范，可忽略不计，因此可认为，正态分布的分散范围为围为 。(3)x(3)x当当z=3，即即 时，时，3xx 2 (3)99.73%F二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析（4）公差与6的关系yx033公差是综合考虑产品质量承诺与质量经济公差是综合考虑产品质量承诺与质量经济性后确定的，总体上说，公差是市场对生性后确定的，总体上说，公差是市

35、场对生产者的质量要求。产者的质量要求。返修、报废、服务承诺、返修、报废、服务承诺、市场占有率市场占有率在制造过程中，生产者应采取各种手段尽在制造过程中，生产者应采取各种手段尽可能多地使产品指标进入公差范围之内。可能多地使产品指标进入公差范围之内。按照现代标准，产品制造的质量指标如能按照现代标准，产品制造的质量指标如能保证保证6的分布在公差带范围内，则说明其的分布在公差带范围内，则说明其过程能力是充足的。过程能力是充足的。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析3控制界限的经济性控制界限的经济性（1）第一类错误的损失随控制界限的减小而增大）第一类错误的损失随控制界限的减小而增大（2）第二

36、类错误的损失随控制界限的减小而减小）第二类错误的损失随控制界限的减小而减小（3）而在）而在3处总损失可控制在最小处总损失可控制在最小二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析 00.125mm24.96mm0.02x，二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析（a）正态分布6T且分散中心与公差带中心重合6T但分散中心与公差带中心不重合6T且分散中心与公差带中心不重合加工条件正常，系统性误差几乎不存加工条件正常，系统性误差几乎不存在。在。变值系统误差几乎不存在，有突出的变值系统误差几乎不存在，有突出的常值系统误差常值系统误差。变值系统误差几乎不存在，存在变值系统误差几乎不存在，存在常

37、值系统误差常值系统误差，且随机性误差较大。且随机性误差较大。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析（b）平顶分布工件瞬时尺寸分布呈正态，其算术工件瞬时尺寸分布呈正态，其算术平均值近似成线性变化。随机性误平均值近似成线性变化。随机性误差作用的同时有突出的变值系统误差作用的同时有突出的变值系统误差差（如刀具或砂轮的均匀磨损）如刀具或砂轮的均匀磨损） 。两次调整下加工的工件或两台机床两次调整下加工的工件或两台机床加工的工件混在一起。加工的工件混在一起。（c）双峰分布二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析（d）偏态分布随机误差和突出的变值系统误差共同作用的结果。如工艺系统存在显著的

38、热变形，使轴的加工尺寸小的为数多，大的为数少，而使孔的尺寸大的为数多，小的为数少。再如试切法加工孔时宁小勿大，加工外圆时宁大勿小的主观行为。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析（1）样本容量的确定（2）样本数据的测量（3）异常数据的剔除（4）实际分布图的绘制（5）理论分布图的绘制（6）工艺过程的分析n=(50200)按加工顺序测量确定尺寸间隔数j确定尺寸间隔大小(区间宽度)x画实际分布图判断加工误差性质确定工序能力及其等级确定不合格品率实际分布图与理论分布图实际分布图与理论分布图工序（过程）能力指数工序（过程）能力指数工序能力指数是指加工质量标准（通常是公差）与工序能力的比值工序能

39、力指数是指加工质量标准（通常是公差）与工序能力的比值双侧公差的情况：双侧公差的情况：过程能力质量标准pC6TCp有偏情况下过程能力指数有偏情况下过程能力指数STCkCpPk62)1 (2TkxM 工序能力评价工序能力评价二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析1）分布图分析法采用的是大样本，能比较接近实际地反映工艺过程总体（母体）；2）能把工艺过程中存在的常值系统误差从误差中区分开来，但不能把变值系统误差从误差中区分开来；3）只有等到一批工件加工完毕后才能绘制分布图，因此不能在工艺过程进行中及时提供控制工艺过程精度的信息；4）计算较复杂；5）只适用于工艺过程稳定的场合。三、工艺过程的点

40、图分析三、工艺过程的点图分析一般情况下，工艺过程稳定一般情况下，工艺过程稳定性主要取决于变值系统误差性主要取决于变值系统误差是否显著。是否显著。工艺过程稳定是运用分布图工艺过程稳定是运用分布图分析工艺过程精度的前提，分析工艺过程精度的前提，对于不稳定的工艺过程，对于不稳定的工艺过程，点点图（质量控制图）分析法图（质量控制图）分析法能能够反映质量指标随时间变化够反映质量指标随时间变化的情况，是进行统计质量控的情况，是进行统计质量控制的有效方法。制的有效方法。是指工艺过程在时间历程上保持工件均值 和标准差 值稳定不变的性能。 x三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析对于一个不稳定的工艺过程，

41、要解决的问题是：如何在工艺过程的进行中，不断地进行质量指标的主动控制，工艺过程一旦出现被加工工件的质量指标有超出所规定的不合格品率的趋向时，能够及时调整工艺系统或采取其它工艺措施，使工艺过程得以继续进行。对于一个稳定的工艺过程，也应该进行质量指标的主动控制，使稳定的工艺过程一旦出现不稳定趋势时，能够及时发现并采取响应措施，使工艺过程继续稳定地进行下去。三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析采用顺序小样本（n=510），计算样本平均值 和样本极差R：1maxmin1niixxnRxx点图的基本形式是由小样本均值 的点图和小样本极差R的点图联合组成的 、R点图。xxx三、工艺过程的点图分析三

42、、工艺过程的点图分析xR、1121 UCL LCLkiiRRkD RD R中线 上控制限下控制限R 点图：1221UCLLCLkiixxkxA RxA R中线 上控制限 下控制限 点图： x样本均值 和样本极差R近似服从正态分布：x22( , / )( , )RxNnRN R A2、D1、D2 数值见教材169页表5-9。三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析xR、点子正常波动工艺过程稳定；点子异常波动工艺过程不稳定。三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析【例5-4】某小轴的尺寸为 mm，加工时每隔一定时间取出n=5的一个小样本，共抽取20个样本，每个样本的 值见表5-10，试制定

43、小轴加工的 点图。xR、 0-0.122.4xR、5-105-10三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析x特别说明： 工艺过程稳定性与出不出废品是两个不同的概念。工艺的稳定性用 图判断，而工件是否合格则用公差衡量。两者之间没有必然的联系。xR、xx 在一定程度上代表瞬时的分散中心， 点图主要反映系统误差及其变化趋势；R在一定程度上代表了瞬时的尺寸分散范围，R点图可反映出随机误差及其变化趋势。单独的 点图和R点图不能全面反映加工误差情况，二者必须结合起来应用。三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析与工艺过程误差分布图分析法比较，点图分析法的特点是：1）所采用的样本为顺序小样本；2）能

44、在工艺过程进行中及时提供主动控制的资料；3）计算简单。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第一节第一节 机械加工精度机械加工精度第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析第三节第三节 机械加工表面质量机械加工表面质量第四节第四节 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动第三节第三节 机械加工表面质量机械加工表面质量机械加工或特种加工后的表面，总存在一定程度的微观不平度、冷作硬化、残余应力及金相组织变化等，对零件的使用性能，如配合精度、耐磨性、抗腐蚀性和疲劳强度等有很大影响。研究目的：为了掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便运用这些规律来控制加工

45、过程，最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。研究内容：表面粗糙度波度冷作硬化金相组织变化残余应力表面几何形状特性表面几何形状特性表面层物理、力学表面层物理、力学性能变化性能变化一、机械加工表面质量对机器使用性能的影响一、机械加工表面质量对机器使用性能的影响v表面粗糙度对耐磨性的影响v表面冷作硬化对耐磨性的影响一、机械加工表面质量对机器使用性能的影响一、机械加工表面质量对机器使用性能的影响v表面粗糙度对疲劳强度的影响v残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响二、影响表面粗糙度的影响二、影响表面粗糙度的影响v刀具几何形状的复映cotcotrrfH28fHr二、影响表面粗糙度的影响二、影响表面粗糙

46、度的影响v工件材料的性质v切削用量加工塑性材料时，发生塑性变形加工塑性材料时，发生塑性变形加工脆性材料时，切屑的崩碎加工脆性材料时，切屑的崩碎二、影响表面粗糙度的影响二、影响表面粗糙度的影响磨削加工表面形成机理v影响磨削表面粗糙度的主要因素1）砂轮粒度）砂轮粒度2）砂轮硬度）砂轮硬度3）砂轮的修整）砂轮的修整4）磨削速度）磨削速度5）磨削径向进给量与光磨次数）磨削径向进给量与光磨次数6）工件圆周进给速度与轴向进给量）工件圆周进给速度与轴向进给量7）冷却润滑液）冷却润滑液三、影响加工表面层物理力学性能的因素三、影响加工表面层物理力学性能的因素冷作硬化的评定参数v机械加工中因切削力作用产生的塑性变

47、形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使表面层金属的硬度和强度提高，此现象称为冷作硬化（或强化）。1）表层金属的显微硬度 HV2）硬化层深度 h3）硬化程度 NN = (HV-HV0)/HV0)100三、影响加工表面层物理力学性能的因素三、影响加工表面层物理力学性能的因素磨削烧伤当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时，表层金属发生金相组织的变化，使表层金属强度、硬度降低，并伴随有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，此现象称为磨削烧伤。1）回火烧伤2）淬火烧伤3）退火烧伤三、影响加工表面层物理力学性能的因素三、影响加工表面层物理力学性能的因素改善磨削烧伤的途径： 尽可能地减少磨削热的产生； 改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。1）正确选择砂轮2）合理选择磨削用量3）改善冷却条件三、影响加工表面层物理力学性能的因素三、影响加工表面层物理力学性能的因素产生残余应力的原因：1）塑性变形2）切削热3）金相组织变化三、影响加工表面层物理力学性能的因素三、影响加工表面层物理力学性能的因素零件主要工作表面最终工序加工方法的选择图b 滚压加工原理图图a 珠丸挤压引起残余应力