加工精度6.3.ppt
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- 加工 精度 6.3
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1、机械制造技术机械制造技术 主讲人:李爱芝主讲人:李爱芝 在生产中,误差性质的判别应根据工件在生产中,误差性质的判别应根据工件的实际加工情况决定。在不同的生产场合,的实际加工情况决定。在不同的生产场合,误差的表现性质会有所不同,原属于常值误差的表现性质会有所不同,原属于常值系统性的误差有时会变成随机性误差。系统性的误差有时会变成随机性误差。例如:对一次调整中加工出来的工件来例如:对一次调整中加工出来的工件来说,调整误差是常值误差,但在大量生产说,调整误差是常值误差,但在大量生产中一批工件需要经多次调整,则每次调整中一批工件需要经多次调整,则每次调整时的误差就是随机误差了。时的误差就是随机误差了。
2、6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析在连续(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,与加工时间(加工顺序)无关,如:加工误差系统误差随机误差常值系统误差变值系统误差6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析6.5.1加工误差的统计性质及分类加工误差的统计性质及分类原理误差;机床、夹具、刀具的制造误差;工艺系统的受力变形误差。在连续(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。变值系统误差误差大小和方向按一定规律变化,通常是加工时间的函数。6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析6.5.1
3、加工误差的性质及分类加工误差的性质及分类在达到热平衡前,机床、夹具和刀具的热变形误差;刀具的磨损:车外圆时,外圆直径逐渐变大,加工内孔 时,内孔直径逐渐变小。如复映误差(毛坯误差复映);定位误差;夹紧误差;内应力引起的变形误差。随机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。在连续(顺序)加工一批工件时,加工误差的大小和方向不同,且呈现不规则变化。6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析 不同性质误差的不同性质误差的 解决途径解决途径对随机性误差,从表面上看似乎没有规对随机性误差,从表面上看似乎没有规律,但是应用数理统计的方法可以找出律,但是应用数理统计的方法可以
4、找出一批工件加工误差的总体规律,查出产一批工件加工误差的总体规律,查出产生误差的根源,在工艺上采取措施来加生误差的根源,在工艺上采取措施来加以控制。以控制。对于变值系统性误差,在查明其大小对于变值系统性误差,在查明其大小和方向随时间变化的规律后,可采用和方向随时间变化的规律后,可采用自动连续补偿或自动周期补偿的方法自动连续补偿或自动周期补偿的方法消除。消除。对于常值系统性误差,在查明其大小和方向对于常值系统性误差,在查明其大小和方向后,采取相应的调整或检修工艺装备,以及后,采取相应的调整或检修工艺装备,以及用一种常值系统性误差去补偿原来的常值系用一种常值系统性误差去补偿原来的常值系统性误差,即
5、可消除或控制误差在公差范围统性误差,即可消除或控制误差在公差范围之内。之内。6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析6.5.2 加工误差的统计分析方法加工误差的统计分析方法常用的方法常用的方法相关分析法点图单值点图点图分析法分布曲线法分布图分析法RX运用数理统计原理和方法,根据被测质量指标的统计性质,对工艺过程进行分析和控制。1.1.实际分布图实际分布图直方图(实验分布曲线)直方图(实验分布曲线)(一)分布图分析法(分布曲线法)(一)分布图分析法(分布曲线法)以工件的尺寸(或误差)为横坐标,以频率密度以工件的尺寸(或误差)为横坐标,以频率密度(或频数、或频数、频率)为纵坐标频率)为纵坐标作
6、出该工序工件加工尺寸(或误差)的作出该工序工件加工尺寸(或误差)的 实际分布图。实际分布图。加工一批工件,由于随机性误差的存在,加工尺寸的实际数加工一批工件,由于随机性误差的存在,加工尺寸的实际数 值是各不相同的,这种现象称为值是各不相同的,这种现象称为尺寸分散尺寸分散。在一批零件的加工过程中,测量各零件的加工尺寸,把测得在一批零件的加工过程中,测量各零件的加工尺寸,把测得 的数据记录下来,按尺寸大小将整批工件进行分组,每一组的数据记录下来,按尺寸大小将整批工件进行分组,每一组 中的零件尺寸处在一定的间隔范围内。中的零件尺寸处在一定的间隔范围内。同一尺寸组或误差组的工件数量同一尺寸组或误差组的
7、工件数量频数频数 频数与该批零件总数之比频数与该批零件总数之比频率频率6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析imnmfii(1)直方图的作法与步骤)直方图的作法与步骤1)收集数据收集数据 在一定的加工条件下,按一定的抽样在一定的加工条件下,按一定的抽样方式抽取一个样本(即抽取一批零件),方式抽取一个样本(即抽取一批零件),样本容量(抽取零件的个数)一般取样本容量(抽取零件的个数)一般取100件件左右,测量各零件的尺寸,并找出其中的左右,测量各零件的尺寸,并找出其中的最大值最大值xmin和最小值和最小值xmin。2)分组分组 将抽取的样本数据分成若干组,将抽取的样本数据分成若干组,组数过多
8、,分布图会被频数的随即波组数过多,分布图会被频数的随即波动所歪曲;组数太少,分布特征将被动所歪曲;组数太少,分布特征将被掩盖。掩盖。4)统计频数分布统计频数分布 将各组的尺寸频数、频将各组的尺寸频数、频率和频率密度填入表中。率和频率密度填入表中。3)确定组距、组界及分组确定组距、组界及分组 h=(xmax-xmin)/(k-1)第一组上界值:第一组上界值:s1=xmin+h/2第一组下界值:第一组下界值:x1=xmin-h/26.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析5)计算样本平均值和标准差)计算样本平均值和标准差11niixxn2111niisxxn6.5 加工误差的统计分析加工误差的统
9、计分析5)绘制直方图绘制直方图 按表列数据以频率密度为按表列数据以频率密度为纵坐标,组距为横坐标画出直纵坐标,组距为横坐标画出直方图,如方图,如下图下图所示。所示。6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析直方图直方图-14.5-8.55-3.5x y (频数)(偏差值)(平均偏差)-15-10-5(公差带中心)(公差带下限)(公差带上限)抽取工件抽取工件100个,经测量:个,经测量:max=28.004mm,min=27.992mm,取取0.02mm作为尺寸间隔进行分组,统计作为尺寸间隔进行分组,统计每组的工件数,将所得的结果列表如下:每组的工件数,将所得的结果列表如下:精镗活塞销孔,图纸
10、要求精镗活塞销孔,图纸要求示例示例工件频数分布表工件频数分布表6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析活塞销孔直径活塞销孔直径尺寸分布图尺寸分布图7-5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析(2 2)直方图的观察与分析)直方图的观察与分析直方图作出后,通过观察图形可以判断生产过程是否稳定,估直方图作出后,通过观察图形可以判断生产过程是否稳定,估计生产过程的加工质量及产生废品的可能性。计生产过程的加工质量及产生废品的可能性。1 1)尺寸分散范围小于允许公差)尺寸分散范围小于允许公差T T,且分布中心与公差带中心重且分布中心与公差带中心重合,则两边都有余地,不会出废品。合,则两边都有余地,不会
11、出废品。2 2)若工件尺寸分散范围虽然也小于其尺寸公差带)若工件尺寸分散范围虽然也小于其尺寸公差带T T,但两中心但两中心不重合(分布中心与公差带中心),此时有超差的可能性,应不重合(分布中心与公差带中心),此时有超差的可能性,应设法调整分布中心,使直方图两侧均有余地,防止废品产生。设法调整分布中心,使直方图两侧均有余地,防止废品产生。3 3)若工件尺寸分散范围恰好等于其公差带)若工件尺寸分散范围恰好等于其公差带T T,这种情况下稍有这种情况下稍有不慎就会产生废品,故应采取适当措施减小分散范围。不慎就会产生废品,故应采取适当措施减小分散范围。4 4)若工件尺寸分散范围大于其公差带)若工件尺寸分
12、散范围大于其公差带T T,则必有废品产生,此则必有废品产生,此时应设法减小加工误差或选择其它加工方法。时应设法减小加工误差或选择其它加工方法。2 2正态分布曲线正态分布曲线用调整法加工一批工件,其尺寸误差是由很多相互独立的随机因素综合作用的结果,如果这些因素中又没有任何优势的倾向时没有变值系统误差,则加工后的工件尺寸的实际分布曲线接近正态分布曲线服从正态分布。在分析工件的加工误差时,通常用在分析工件的加工误差时,通常用正态分布曲线正态分布曲线代替代替实际分实际分布曲线布曲线,可使问题的研究大大简化。,可使问题的研究大大简化。正态分布曲线:概率论已经证明,相互独立的大量微小随机变量,其总和的分布
13、是符合正态分布的。6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析yF(z)正态分布曲线正态分布曲线(z=0)x(z)0z-+(1 1)正态分布曲线方程)正态分布曲线方程22121)(xey),(0 x标准正态分布曲线:平均值 =0,标准差=1的正态分布称为标准正态分布,记为:)(x22121xey6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析(2 2)正态分布曲线的特征)正态分布曲线的特征曲线呈倒钟形,对称于直线曲线呈倒钟形,对称于直线曲线分布中心;)(xx)(xXX有拐点,XX,曲线以轴为渐近线 21max yymax216.021yey6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析结论结论(a)
14、被加工的工件尺寸靠近 出现的概率大,远离)(xx)(xx出现的概率小;概率相等;(b)工件尺寸大于和小于)(xX(c)分布曲线与横坐标所围成的面积包含了全部零件数100%,其面积为1,AydxxF1)(6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析改变参数 ,不变,则分布曲线沿着 轴平移,而不改变其形状,决定正态分布曲线位置决定正态分布曲线位置(分散中心)参数(分散中心)参数。)(x改变参数 ,不变,曲线形状变化,)(xmaxYmaxY,曲线平坦,曲线陡,决定分布曲线的形状的参数21maxY6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析)(xx工序标准偏差决定了分布曲线的形状和分散范围。当算术平均
15、值保持不变时,值越小则曲线形状越 陡,尺寸分散范围越小,加工精度越高;值越大则曲线形状越平坦,尺寸分散范围越大,加工精度越低,如图b所示。的大小实际反映了随机性误差的影响程度,随机性误差越大则越大。x算术平均值正态分布曲线的特征参数有两个,即x和是确定曲线位置的参数。它决定一批工件尺寸分散中心的坐标位置。若x改变时,整个曲线沿轴平移,但曲线形状不变,如图a所示。使x产生变化的主要原因是常值系统误差的影响。6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析正态分布曲线及其特征正态分布曲线及其特征6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析分布曲线下所包含的全部面积代表一分布曲线下所包含的全部面积代表一
16、批加工工件,即批加工工件,即100%100%工件的实际尺寸都工件的实际尺寸都在这一分布范围内。在一定尺寸范围内在这一分布范围内。在一定尺寸范围内所夹的面积,就是工件在该尺寸范围内所夹的面积,就是工件在该尺寸范围内出现的概率。出现的概率。xZxxZZZdZeZF02221)(令:(),则,Xx代表工件出现在区间的概率。Z)(ZF对不同的值,查表4.2确定或6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析)(Z36()的含义 3XXZ49865.0)(ZF%73.999973.0)(2ZF由于对称性:x落在3范围内的概率落在3范围外概率一般都取一般都取正态分布曲线的分散范围为正态分布曲线的分散范围为6
17、 6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析%73.99%27.0曲线与曲线与x x轴围成的面积代表了一批工件的全部,即轴围成的面积代表了一批工件的全部,即100%100%,其,其相对面积为相对面积为1 1。在在33范围内,曲线围成的面积为范围内,曲线围成的面积为0.99730.9973。实际生产中常常认为加工一批工件尺寸全部在实际生产中常常认为加工一批工件尺寸全部在33 范围范围内,即:内,即:正态分布曲线的分散范围为正态分布曲线的分散范围为33 ,工艺上称该,工艺上称该原则为原则为6 6准则。准则。6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析结论结论6 6的大小代表了某种加工方法在规定的
18、条件(如毛坯余量、的大小代表了某种加工方法在规定的条件(如毛坯余量、机床、夹具、刀具等)下所产生的加工误差范围机床、夹具、刀具等)下所产生的加工误差范围该方法所该方法所能达到的加工精度能达到的加工精度。在一般情况下,应使所选择的加工方法的标准偏差在一般情况下,应使所选择的加工方法的标准偏差与公差与公差带宽度带宽度T T之间具有下列关系:之间具有下列关系:6 6TT不产生废品的条件不产生废品的条件 但考虑到系统误差及其它因素的影响,应当使但考虑到系统误差及其它因素的影响,应当使6 6小于公差小于公差带宽度带宽度T T,才能可靠地保证加工精度。才能可靠地保证加工精度。6的含义:的含义:6.5 加工
19、误差的统计分析加工误差的统计分析非正态分布 xy0a)双峰分布双峰分布:两次调整下加工的工件或两台机床加工的工件混在一起(图4-46a)xy0b)平顶分布xy0c)偏向分布平顶分布:工件瞬时尺寸分布呈正态,其算术平均值近似成线性变化(如刀具和砂轮均匀磨损)(图4-46b)偏向分布:如工艺系统存在显著的热变形,或试切法加工孔时宁小勿大,加工外圆时宁大勿小(图4-46c)附:非正态分布曲线附:非正态分布曲线 6.5 加工误差的统计分析加工误差的统计分析若加工过程中无变值系统误差尺寸分布应服从正态分布:若实际分布曲线与正态分布曲线基本相符,说明没有变值系统误差(或影响很小)从总误差中找出常值系统误差
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