机械制造质量分析与控制概述(PPT 196页)

成本增加，加工误差较小不明显
误差增大，加工最低成本不变
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第一节机械加工精度的基本概念
三、零件获得加工精度的方法
加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度形状精度的获取方法：
轨迹法；成形法；展成法
位置精度（平行度、垂直度、同轴度等）的获取方法：
装夹方式和加工方法
尺寸精度的获取方法：
主讲教师：郝敬宾
本章的主要内容
第一节机械加工精度的基本概念第二节影响加工精度的因素及其分析第三节加工误差的综合分析第四节机械加工表面质量第五节机械加工过程中振动的基本概念
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第五章机械制造质量分析与控制
机械制造企业的基本要求：
优质、高产、低消耗
产品的质量是第一位的，没有质量，高效率、低消耗就失去了意义。
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第二节影响加工精度的因素及其分析
原始误差的来源
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第二节影响加工精度的因素及其分析
一、原理误差
产生原因
原理误差是由于采用了近似的加工运动或者近似的刀具轮廓而产生的
加工原理
为了得到规定的零件表面，在工件和刀具的运动之间建立的某种联系
车削工件滚切齿轮
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第二节影响加工精度的因素及其分析
利用机床上的定程装置、对刀装置或预先调整好的刀架，使刀具相对机床或夹具满足位置精度要求，然后加工一批工件。该法需要采用夹具实现装夹。
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三、零件获得加工精度的方法
获得尺寸精度的方法
4)自动控制法：
工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。又分自动测量和数字控制两种，前者机床上具有自动测量工件尺寸的装置，在达到要求时，停止进刀。后者是根据预先编制好的机床数控程序实现进刀的。
加工精度是由零件图纸或工艺文件以公差T给定的，而加工误差则是零件加工后的实际测得的偏离值。一般说，当加工误差<T时，就保证了加工精度。
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一、加工精度和加工误差
加工精度和加工误差的理解：
加工精度和加工误差这两个概念是从两种观点来评定零件几何参数这个同一事物。
加工精度的低和高就是通过加工误差的大和小来表示的。
试切法；定尺寸刀具法；调整法；自动控制法
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三、零件获得加工精度的方法
获得形状精度的方法
1)轨迹法：
利用切削运动中刀具刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。这种加工方法所能达到的精度，主要取决于这种成形运动轨迹的精度。
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三、零件获得加工精度的方法
获得形状精度的方法
2)成形法：
利用成形刀具刀刃的几何形状切出工件的形状。这种方法所能达到的精度，主要取决于刀刃的形状精度和刀具的装夹精度。
试切
测量
调整车刀
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三、零件获得加工精度的方法
获得尺寸精度的方法
2)定尺寸刀具法：
用具有一定尺寸精度的刀具（如绞刀、扩孔钻、钻头等）来保证被加工工件尺寸精度的方法（如钻孔）
钻头的尺寸保证了加工孔的尺寸
键槽的宽度由键槽铣刀尺寸保证
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三、零件获得加工精度
二、机床误差
机床误差的三个方面：
机床本身的制造、磨损和安装
静误差：
在没有切削载荷的情况下测得的各项误差车床的各项静误差：
床身导轨在垂直面和水平面内的直线度和平行度；主轴轴线对床身导轨的平行度；主轴的回转精度；传动链精度；刀架各溜板移动时，对主轴轴线的平行度和垂直度。
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多次装夹加工时，有关表面的位置精度依赖夹具的正确定位来保证；
一次装夹加工多个表面，各表面的位置精度则依靠机床的精度来保证。
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三、零件获得加工精度的方法
获得尺寸精度的方法
1)试切法：
先试切部分加工表面，测量后，适当调整刀具相对工件的位置，再试切，再测量，当被加工尺寸达到要求后，再切削整个待加工面。
数控机床自动控制原理框图
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第二节影响加工精度的因素及其分析
机械加工工艺系统的构成：
机床、夹具、刀具和工件。
工艺系统的误差称为原始误差。
工艺系统的误差会复映到工件上。
原始误差与加工误差：
加工工艺系统误差是根源，加工误差是表现；分析原始误差和加工误差之间的定性与定量关
系，是保证和提高零件加工精度的必要的理论基础。
加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度
加工误差
零件加工后的实际几何参数对图样规定的理想几何参数的偏离程度
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一、加工精度和加工误差
加工精度和加工误差的理解：
理想几何参数：对于形状和位置，则是绝对正确的形状和位置，如绝对的平面和绝对的平行等；对于尺寸而言，就是零件尺寸的公差带中心。
第二节影响加工精度的因素及其分析
二、机床误差
静误差：
导轨误差主轴误差传动链误差
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1.导轨误差
导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准
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1.导轨误差
误差敏感方向
不同方向的误差对加工误差的影响是不同的，即存在误差的敏感方向
原始误差所引起的刀刃与工件间的相对位移，如果产生在加工表面的法线方向，则对加工误差有直接的影响；如果产生在加工表面的切线方向，就可以忽略不计。把加工表面的法向称之为误差的敏感方向。
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第五章机械制造质量分析与控制
机器零件的加工质量
是整台机器质量的基础评价指标
加工精度加工表面质量
三坐标测量加工精度表面质量要求高
本章主题：加工精度及表面质量的分析与控制
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第一节机械加工精度的基本概念
一、加工精度和加工误差定义
加工精度
零件加工后的实际几何参数与图样规定的理想几何参数的符合程度
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三、零件获得加工精度的方法
获得形状精度的方法
3)展成法：
利用刀具和工件作展成切削运动，刀刃在被加工面上的包络面形成的成形表面。这种加工方法所能达到的精度，主要取决于机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度。
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三、零件获得加工精度的方法
获得位置精度的方法
零件位置精度的获得主要取决于工件的定位（装夹）和加工方法。
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第一节机械加工精度的基本概念
二、加工经济精度
一般所说的加工经济精度指的是，在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。
某种加工方法的加工经济精度不应理解为某一个确定值，而应理解为一个范围，在这个范围内都可以说是经济的。

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5机械制造质量分析与控制1

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5.工艺系统刚度对加工精度的影响
(1)工艺系统刚度变化引起的误差
y系统
yx
y刀架
Fy
1 k刀架
1 （l k 头座
x ）2 l
k
1（
尾座
x l
）2
k系统
Fy y系统
1
1 1 （l x）2
1 （ x）2
k刀架 k头座 l
k尾座 l
5.工艺系统刚度对加工精度的影响
(2)切削力变化引起的误差
➢ 通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相应公差的1/3。
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三、调整误差
试切法（图 a）
➢ 测量误差。 ➢ 试切时与正式切削时切削厚度
不同造成的误差。 ➢ 机床进给机构的位移误差。
调整法（图 b）
➢定程机构误差。 ➢样件或样板误差。 ➢测量有限试件造成的误差。
a）
b）
试切法与调整法
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通常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。
第一节机械加工精度
一、基本概念
1.加工精度与加工误差
加工精度指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。
零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。
提高加工精度意义重大。对于特定产品只要求满足规定的公差要求即可。
作业
第五章机械制造质量分析与控制
产品质量
指用户对产品的满意程度。
• 产品质量包括范围
产品的设计质量；产品的制造质量；产品售后服务质量。
第五章机械制造质量分析与控制
机械制造质量组成
1 零件几何精度
零件几何误差，包括尺寸误差、几何形状误差和位置误差。

机械制造质量分析与控制概述课件

基于数据挖掘的质量管理；
当前研究与发展趋势
人工智能在机械制造质量分析与控制中的应用等。
从传统的单一过程控制向集成化、智能化、自动化方向发展；
发展趋势主要表现为
当前研究与发展趋势
数据分析方法的应用将更加广泛，如机器学习、深度学习等；
结合互联网技术，实现远程监控和实时预警。
未来在制造业的应用前景
制造过程的稳定性与可靠性控制
总结词
保证产品质量和生产效率
详细描述
通过采用先进的生产设备和技术，加强制造过程的稳定性和可靠性控制，可以保证产品质量和生产效率。
总结词
预防故障，减少停机时间
详细描述
加强制造过程的可靠性控制，可以预防设备故障和生产事故的发生，减少停机时间和生产损失。
总结词
提高生产效率和产品质量一致性
02
制造过程质量分析
制造过程质量的主要因素
工艺流程
工艺流程的合理性、稳定性和可维护性对制造质量有重要影响。
制造方法
先进的制造方法可以提高制造效率和质量。
制造设备
设备的精度、运行稳定性和维护状况直接关系到制造质量。
人员素质
操作人员的技能水平、工作态度和责任心对制造质量有很大影响。
制造过程的质量数据采集
06
总结与展望
机械制造质量分析与控制的重要性
产品质量直接影响到企业的生存和发展，而机械制造质量分析与控制是保障产品质量的关键环节。
通过有效的机械制造质量分析与控制，可以减少产品缺陷率，提高产品可靠性和稳定性，增强企业的市场竞争力。
当前研究与发展趋势
当前，机械制造质量分析与控制领域的研究正在不断深入，涉及的方面包括制造过程的在线监测与控制技术；

机械制造质量分析与控制.ppt

(2)成形刀具 (如成形车刀、成形铣刀、模数铣刀等)的形状误差
(3)展成刀具 (如齿轮滚动、插齿刀、花键滚刀等)切削刃的形状及有关尺寸，以及其安装、调整不正确
(4)一般刀具 (如普通车刀、单刃镗刀、面铣刀、刨刀等)的制造误差
3.夹具
夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精度 (特别是位置精度) 有很大影响。
5. (1)由于工艺系统刚度变化引起的误差
图5-18 车削外圆时工艺系统受力变形对加工精度的影响
5. (2)由于切削力变化引起的误差
在加工过程中，由于工件的加工余量发生变化、工件材质不均等因素引起的切削力变化，使工艺系统变形发生变化，从而产生加工误差。
图5-19 毛坯形状误差的复映
5. (3)由于夹紧变形引起的误差
实际加工不可能把零件做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。
2.加工经济精度
图5-2 加工成本与加工误差之间的关系
3.原始误差
由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统 (简称工艺系统) 会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式 (或扩大、或缩小) 反映为工件的加工误差。工艺系统的误差是“因”，是根源；工件的加工误差是 “果”，是表现；因此，我们把工艺系统的误差称为原始误差。
1.机床的几何误差
加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。机床的磨损将使机床工作精度下降。

同济机械制造制造技术基础 PPT 第五章机械制造质量分析与控制2007A

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K (l l 0 ) 1000
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K l 1000
(三) 夹具误差 • 精加工用夹具一般取工件上相应尺寸公差的1/2~1/3；粗加工用夹具一般取工件上相应尺寸公差的1/5~1/10。
四、工艺系统受力变形引起的误差（一）基本概念 • 由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统，在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力等的作用下，会产生相应的变形（弹性变形及塑性变形）。这种变形将破坏工艺系统间已调整好的正确位置关系，从而产生加工误差。
5、研究机械加工精度的方法 • 研究机械加工精度的方法主要有分析计算法和统计分析法。 • 分析计算法主要是对单项原始误差进行分析计算的基础上进行的。 • 统计分析法则是对有关的原始误差进行综合分析的基础上进行的。
二、工艺系统的几何误差 1、机床的几何误差机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴的回转运动误差、导轨误差和传动链误差。
车削细长轴时，工件在切削力作用下的弯曲变形，加工后会形成腰鼓形的圆柱度误差。
在内圆磨床上用横向切入磨孔时，由于磨头主轴弯曲变形，使磨出的孔会带有锥度的圆柱度误差。
垂直作用于工件加工表面（加工误差敏感方向）的径向切削分力Fy与工艺系统在该方向上的变形y之间的比值，称为工艺系统刚度k系
k系 Fy y
（四）减少或消除内应力的措施 1、合理设计零件结构 • 在零件结构设计中，应尽量缩小零件各部分厚度尺寸的差异，以减少铸、锻毛坯在制造中产生的内应力。 2、采取时效处理（1）自然时效。在毛坯制造之后，或粗、精加工之间，让工件停留一段时间，利用温度的自然变化，经过多次热胀冷缩，使工件的内应力逐渐消除。这种方法效果好，但需要时间长（一般要半年至五年）。（2）人工时效。在进行机械加工之前，应进行退火、回火等热处理，这种方法对大型零件需要一套很大的设备，其投资和能源消耗较大。

机械加工质量分析与控制课件

质量评估方法的优势
能够全面了解机械加工过程和产品的质量情况，找出影响质量的因素并采取相应的措施进行改进，提高加工过程的稳定性和产品质量的可靠性。
PART 03
机械加工质量控制技术
加工参数优化
切削参数优化
根据工件材料、刀具材料和加工条件，选择合适的切削速度、进给速度和切削深度，以提高加工效率和加工质量。
案例二：某生产线上的加工质量控制
总结词
通过引入自动化检测设备和加工监控系统，确保生产线上的产品质量稳定。
详细描述
某生产线在加工过程中，产品质量不稳定，合格率波动较大。为了解决这一问题，引入了先进的自动化检测设备和加工监控系统。这些设备可以实时监测加工过程中的各项参数，及时发现并纠正异常，确保产品质量稳定。
精细化检验标准
制定更加精细化的检验标准和方法，提高检验的准确性和可靠性，确保机械加工质量符合要求。
全过程质量控制模式
全过程质量追溯
建立全过程的质量追溯体系，对机械加工过程中的每一个环节进行记录和追溯，便于质量问题的定位和解决。
01
全过程监控与评估
对机械加工全过程进行实时监控和评估，及时发现和解决潜在的质量问题，确保加工质量的稳定性和可靠性。
自动化检测与修正
利用机器视觉和自动化检测技术，实现机械加工零件的自动检测和误差修正，提高加工精度和一致性。
精细化质量控制标准
精细化工艺参数控制
对机械加工过程中的各项工艺参数进行精细化控制，确保工艺参数的稳定性和准确性，提高加工质量。
精细化材料质量控制
加强材料采购、存储和使用等环节的管理，确保材料质量的稳定性和可靠性，降低因材料问题导致的质量风险。
加工误差补偿
误差建模

机械制造质量分析与控制概述(PPT 71页)

图4-3 采用滑动轴承时主轴的径向圆跳动 a)工件回转型b)刀具回转型
譬如，在采用滑动轴承结构为主轴的车床上车削外圆时，切削力F的作用方向可认为大体上时不变的，见上图，在切削力F的作用下，主轴颈以不同的部位和轴承内径的某一固定部位相接触，此时主轴颈的圆度误差对主轴径向回转精度影响较大，而轴承内径的圆度误差对主轴径向回转精度的影响则不大；在镗床上镗孔时，由于切削力F的作用方向随着主轴的回转而回转，在切削力F 的作用下，主轴总是以其轴颈某一固定部位与轴承内表面的不同部位接触，因此，轴承内表面的圆度误差对主轴径向回转精度影响较大，而主轴颈圆度误差的影响则不大。图中的δd表示径向跳动量。
统计分析法：运用数理统计方法对生产中一批工件的实测结果进行数据处理，用以控制工艺过程的正常进行。主要是研究各项误差综合的变化规律，只适合于大批、大量的生产条件。
二、工艺系统几何误差
（一）机床的几何误差
加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。机床的磨损将使机床工作精度下降。
图4-11 由定位副制造不准确引起的误差
如图4-11所示工件的孔装夹在水平放置的心轴上铣削平面，要求保证尺寸h，由于定位基准与设计基准重合，故无基准不重合误差；但由于工件的定位基面（内孔D）和夹具定位元件（心轴d1）皆有制造误差，如果心轴制造得刚好为 d1min，而工件得内孔刚好为Dmax（如图示），当工件在水平放置得心轴上定位时，工件内孔与心轴在P点接触，工件实际内孔中心的最大下移量△ab＝（Dmax－d1min）/2， △ab就是定位副制造不准确而引起的误差。
料的冷作硬化、金相组织的变化、残余应力等。

机械制造质量分析与控制讲义

机械制造质量分析与控制讲义1. 概述机械制造中的质量分析与控制是确保产品达到规定质量要求的重要环节。

质量分析和控制涉及到各个阶段的过程，包括材料选择、加工工艺、装配和检测等。

本讲义将介绍机械制造质量分析与控制的基本概念、方法和工具，以帮助读者理解和应用相关知识，提高产品质量。

2. 质量分析2.1 质量特性在机械制造中，产品的质量特性是指产品在设计、加工和使用过程中需要满足的各项要求，例如尺寸精度、表面质量、材料性能等。

通过对质量特性进行分析，可以确定各项指标的上下限，并制定相应的控制措施。

质量损失是指由于产品质量不合格而引起的各种损失，包括质量成本、客户投诉、产品退货等。

质量分析的一个重要目标是减少质量损失，提高产品质量水平。

2.3 质量分析方法质量分析方法包括统计分析、故障模式与影响分析（FMEA）、六西格玛等。

统计分析可以通过收集和分析大量数据，了解产品的质量水平和变异程度。

FMEA是通过系统性地分析设计和制造过程中的故障模式，评估故障的潜在后果，并制定相应控制措施。

六西格玛则是一种通过改进过程的方法，以达到减少缺陷和提高质量的目标。

3.1 质量控制方法质量控制方法包括工艺控制、装配控制和检测控制。

工艺控制是通过控制加工工艺参数，确保产品的尺寸和表面质量在规定范围内。

装配控制是通过控制装配工艺参数以及装配工人的技术水平，保证产品装配时的质量要求。

检测控制是通过使用各种检测手段，对产品进行检测和验证，以确保产品达到规定的质量要求。

3.2 质量控制工具质量控制工具有很多种类，其中包括流程图、控制图、散点图、直方图等。

这些工具可以帮助我们分析和控制各个环节的质量问题，快速找出问题的根本原因，并采取相应的改进措施。

4.1 PDCA循环PDCA循环是质量改进的基本方法，即计划（Plan）、执行（Do）、检查（Check）和行动（Action）的循环。

通过不断地进行PDCA循环，我们可以逐步改进产品的质量水平，提高生产效率。

机械制造技术第五章机械制造质量分析与控制

立柱热对称结构
第五章机械制造质量分析与控制
• 在设计上使关键件的热变形避开加工误差的敏感方向
主轴箱的两种装配结构的热位移的示意图
第五章机械制造质量分析与控制
• 合理安排支承的位置，使产生热位移（对加工精度有直接影响）的有效部分缩短
支承距离对砂轮架热位移的影响
第五章机械制造质量分析与控制
• 其它作用力引起工艺系统受力变形所产生的加工误差夹紧力、机床部件和工件本身的自重、传动力、惯性力及离心力等。
第五章机械制造质量分析与控制
镗削薄壁套筒内孔时夹紧力引起的内孔变形及改善措施
第五章机械制造质量分析与控制
机床部件自重和工件自重所引起的加工误差
第五章机械制造质量分析与控制
第五章机械制造质量分析与控制
六、内应力引起的变形所谓内应力，指的是当外部的载荷去除以后，仍残存在工件内部的应力。内应力是由于金属内部宏观的或微观的组织发生了不均匀的体积变化而产生的。其外界因素就来自热加工和冷加工。
第五章机械制造质量分析与控制
七、提高加工精度的途径 1.减小原始误差 2.转移原始误差
一、原理误差由于采用了近似的加工运动或者近似的刀具轮廓而产生的误差，
称为原理误差。二、机床误差
机床误差来自三个方面：机床本身的制造、磨损和安装。主要有以下几个方面：
第五章机械制造质量分析与控制
1.导轨误差导轨是机床中确定主要部件的相对位置的基准，也是运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。导轨在水平面内有误差（弯曲）后，当导轨向后凸出时，工件上就产生鞍形加工误差。而当导轨向前凸出时，就产生鼓形加工误差。
y工件
y悬臂杆
(a)
(b)

第六章机械制造质量分析与控制

影响加工精度的因素及其分析
2.机床部件刚度及其特点
图6-15 车削时作用在刀具上和工件上的力
影响加工精度的因素及其分析
图6-16 在顶尖间加工棒料的变形
影响加工精度的因素及其分析
图6-17 车床刀架、头尾架静刚度测量示意图
影响加工精度的因素及其分析
图6-18 车床刀架部件的静刚度曲线
影响加工精度的因素及其分析
切削时还会超过90%,传入刀具的热量为10%~40%,传给工件的热量不到10%。但是这种数据还不能笼统地用来估计工件的热变形大小。第一,上述这些比例关系 ,只适合于车、铣、刨、立镗、外拉削等切屑流出较畅、切屑和刀具的摩擦也较小的情况。若是像钻孔那样, 由于横刃的挤压作用、切屑和钻头排屑沟的摩擦以及散热条件不好等原因,钻孔时所产生的热量约有50%进入工件。又如在卧镗铸铁工件时,切屑几乎全部留在孔内,传给切屑的热量又传给了工件。磨削时, 约有84%的磨削热传入工件 ,只有4%传入磨屑,12%传入砂轮。
研究结果,试行了按季节调温的措施(例如春、秋季取20℃,夏季取23℃,冬季取
17℃),既不影响制造质量,又可节省投资和水电消耗,还有利于工人的健康。 3)让机床在开车后空转一段时间,在到达或接近热平衡后再进行加工,在加工有
些精密零件时,尽管有不切削的间断时间,但仍让机床空转,以保持机床的热平衡。
机械加工精度的基本概念
实践表明,机床在工作中受到多种热源的影响,主要有: 1)电气热:机械动力源的能量损耗转化为热(电动机、电气箱、油泵、液压操纵箱、活塞副、各种阀件等)。 2)传动部分将发生摩擦热(轴承副、齿轮副、离合器、导轨副等),并通过润滑油而将热量散布开来,特别是床身内部的润滑油池,形成一个很大的热源,对床身的热变形影响很大,会造成导轨弯曲。 3)切削热的大部分是被切屑和冷却液带走的,但是切屑和冷却液落到床身上后,其热量也就传递给床身,使后者产生了热变形。 4)环境传来的热(室温的变化、阳光的照射、取暖装置的影响等)使机床各部分受热不均匀而引起变形。