（机械工程专业论文）面向箱体类零件加工质量控制方法的研究.pdf

中文摘嘤 面向箱体类零件加工质量控制方法的研究 谭爱红 指导教师：汤文成，周胜 学校：东南大学 具有复杂型腔且壁厚较薄的箱体类零件加工非常困难。为了解决这个问题，结合国家“十五”重 点科技攻关项目“2 s a 3 系列电动执行机构的研制和开发”的有关要求，将2 s a 3 箱体加工质量的控制 作为研究对象，并据此研究了质量管理的现状及质量的最新定义。结合美国、日本等国的质量管理 的特点对质量管理和质量控制的有关理论进行了探讨。 结合箱体加工的重点和难点，从箱体的结构分析入手，系统地从定位基准选择、夹具的设计、 各种刀具参数选择以及切削液的选择等方面进行了研究，在工艺系统方面保证了产品的加工质量。 工艺系统是由刀具、机床、夹具和工件多个环节构成。影响因素多且复杂，如在外力和温度变 化的作用下，各个环节都会产生复杂的变形，这些变形会改变了刀具与工件的相对位置，从而产生 加工误差，影响加工质量。结合2 s a 3 箱体加工，从理论上系统地研究了控制加工变形的要点。 加工误差模型的建立、抽样方式的确立、以及合格品的判断对箱体加工非常重要。影响箱体加 工质量的因素很多，如何找出关键的因素，对此进行了系统的分析。应用正交试验设计法。对影响 2 s a 3 箱体蜗杆孔加工质量的因素进行分析。介绍了控制2 s a 3 箱体加工质量的几种手段。以一个具 体实例介绍了统计技术在2 s a 3 箱体加工质量控制过程中的应用。 质量分析是为了保证箱体加工过程质量的稳定。质量改进是质量管理的一个高级阶段。总结了 质量改进的特点以及产品加工过程质量改进的方法。介绍p d c a 循环、的管理、q c 活动小组的有 关内容。 从理论和技术上对产品的加工质量进行控制非常重要，除此之外，有些影响因素是靠技术和理 论解决不了的，如人的情绪等。为了解决这一问题，根据现代管理的要求，讨论了如何从管理制度 上保证箱体的加工质量。 研究了如何将车间质量控制要求和企业管理的要求结合起来，并对机械加工车间质量控制集成 模型的编制进行了初步探索。 关键词：箱体；加工变形；产品质量；质量控制i 质量改进；模型；研究 东南大学硕士学位论文 ar e s e a r c hi n t oq u a l i t yc o t r o l m e t h o do fm a c h i n i n g h o u s i n g - w o r k p i e c e t a n a i - b o n g s u p e r v i s e db yp r o f e s s o rt a n gw e n - c h e n ga n dp r o f e s s o rz h o us h e n g s o u t h e a s tu n i v e r s i t y t h ep r o c e s s i n go fb o x - l i k es p a r ep a r t sw i t hc o m p l i c a t e ds t 兀l c t o r oe n dt h i nw a l l si sv e r yc o m p l e x i n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m ，i t t a k e s p r o c e s s i n gq u a l i t yc o n t r o lo f 2 s a 3c a s e a s o b j e c t f o rr e s e a r c ha c c o r d i n g t ot h er e l a t i v er e q u i r e m e n t so ft h e1 0 t ay e a r sk e yp r o g r a m sf o rs c i e n c ee n dt e c h n o l o g y - - - - t h e d e v e l o p m e n to f 2 s a 3s e to f e l e c t r i ce x e c u t i v eb o d y m o r e o v e r , i tr e s e a r c h e so nt h ep r e s e n ts t a t eo f q u a l i t y m a n a g e m e n ta n dp r o v i d e st h en e w e s td e f i n i t i o no fq u a l i t yi nt h el i g h to ft h er e q u i r e m e n t s f u 帅e m o r e c o m b i n i n gc h a r a c t e r i s t i c so f a m e r i c a na n dj a p a n e s eq u a l i t ym a n a g e m e n t , i tm a k e sad i s c u s s i o na b o u tt h e r e l a t i v et h e o r i e so f q u a l i t ym a n a g e m e n te n dc o n t r 0 1 c o n s i d e r i n gt h ed i f f i c u l ta n dk e yp o i n t so fc a s eb o d yp r o c e s s i n g , s t a r t i n gw i t ht h ea n a l y s i so fc a s e b o d ys t r u c t u r ea n dp r e s u p p o s i n gq u a l i t yg u a r a n t e ed u r i n gp r o c e s s i n gp r o c e d u r e ，i tr e s e a r c h e so np o s i t i o n a l s t a n d a r d ，c l a m pd e s i g n , c h o i c e so fs o r t so fc u t t p a r a m e t e r sa n dc u t t i n gf l u i d ，e t c s y s t e m a t i c a l l y , t h u s g u a r a n t e e i n gp r o c e s s i n gq u a l i t yo f p r o d u c t sf r o mt e c h n o l o g i c a la s p e c t t e c h n o l o g i c a ls y s t e mc o n s i s t so f m a n yl i n k sw h i c hw i l lb e c o m ed i s t o r t e du n d e rt h ee f f e c to f e x t e r n a l f o r c ea n dc h a n g e so ft e m p e r a t u r e t h e s ed i s t o r t i o n sc e nc h a n g et h er e l a t i v ep o s i t i o no fc u t t e ra n dw o r k p i e c e , t h u sl e a d i n gt op r o c e s s i n ge r r o re n da f f e c t i n gp r o c e s s i n gq u a l i t y t a k i n gt h ep r o c e s s i n go f 2 s a 3c a s e b o d ya sa ne x a m p l e , i tr e s e a r c h e st h ek e yp o m to fp r o c e s s i n gd i s t o r t i o nc o n t r o ls y s t e m a t i c a l l yf r o m t h e o r e t i c a la n g l e d u r i n gt h ep r o c e d u r e o fc a s eb o d yp r o c e s s i n g ，e r r o rm o u l d e s t a b l i s h m e n t , s a m p l i n gm o d e e s t a b l i s h m e n ta n d j u d g m e n to f p r o d u c t su pt os t a n d a r da r ov e r yi m p o r t a n t a m o n gt h el o t so f e l e m e n t st h a t a f f e c tp r o c e s s i n gq u a l i t y , h o wt of i n do u tt h ek e ye l e m e n ti sa l s oi m p o r t a n te n di sa n a l y z e ds y s t e m a t i c a l l y i nt h ea r t i c l e u s i n go r t h o g o n a le x p e r i m e n t a ld e s i g nm e t h o d ，i ta n a l y z e st h ec a u s e st h a ta f f e c tp r o c e s s i n g q u a l i t yo fw o r m h o l eo f2 s a 3 2c a s eb o d y m o r e o v e r , i ti n t r o d u c e ss e v e r a lm e t h o d st h a tc o n t r o lt h e p r o c e s s i n gq u a l i t yo f 2 s a 3c a s eb o d ya n ds t a t i s t i c a lt e c h n i q u e su s e di nt h ep r o c e s so f q u a l i t yc o n t r o lw i t ha c o n c r a t ee x a m p l e t h ep u r p o s eo f q u a l i t ya n a l y s i si st og u a r a n t e et h es t a b i l i t yo f c a s eb o d yq u a l i t yi np r o c e s s i n g , w h i l e q u a l i t yi m p r o v e m e n ti sah i g h e rs t a g eo f q u a l i t ym a n a g e m e n t t h ea r t i c l es u m m a r i z e st h ec h a r a c t e r i s t i c so f q u a l i t yi m p r o v e m e n ta n ds o m er e l a t i v em e t h o d s m o r e o v e r , i tn l a k e sa ni n t r o d u c t i o no f p d c ac y c l i n g , 6o l u r n a g e m e n t q ca c t i v i t yg r o u p ，e t c t oc o n t r o lp r o c e s s i n gq u a l i t yo f p r o d u c t si sv e r yi m p o r t a n tt h e o r e t i c a l l ya n dt e c h n i c a l l y , b u ti ts t i l lh a s al o n gw a yt og o , b e c a u s es o m ei n f l u e n t i a le l e m e n t sc a n tb es o l v e db yt e c h n i q u e sa n dt h e o r i e s ，s u c he s p e o p l e se m o t i o n t os o l v et h ep r o b l e m ，i td i s c u s s e sh o wt og u a r a n t e eq u a l i t yc o n t r o lo fc a s eb o d y p r o c e s s i n gf r o mm a n a g e m e n ts y s t e m w i t l lt h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to f c o m p u t e rt e c h n o l o g i e sa n ds o f t w a r e i n f o r m a t i o n a l i z i n gw o r ko f m a c h i n i n ge n t e r p r i s ei sp u ti n t op r a c t i c ew i d e l y i tm a k e sar e s e a r c hi nh o w t oc o m b i n et h er e q u i r e m e n t so f 英文捕唾 q u a l i t yc o n t r o li nw o r k s h o pa n dt h o s eo fe n t e r p r i s em a n a g e m e n t f u r t h e r m o r e , i tr e s e a r c h e so nt h e d e s i g n i n g a n d m a n u f a c t u r i n g o f q u a l i t y c o n t r o l o f i n t e g r a t e d m o u l d i n m a c h i n i n g w o r k s h o p k e y w o r d s ：c a b o d y ；p r o c e m gd i s t o r t i o n ；p r o d u c tq u a l n y ；q i i a i i 毋c o n t r o l ；q u a l i t yi m p r o v e m e n t ；m o u l d ； r e s e a r c h i i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：j 聋益堡导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 质量是指产品加工必须符合图纸以及产品性能等的要求。随着技术的不断发展，人们开始研究 各种统计技术对产品质量控制的作用，进而推广到产品设计过程中需要考虑的问题，引发了关于设 计质量对于产品质量控制的研究。好的设计，不仅要考虑到产品性能的可靠，而且还要考虑到其加 工装配的工艺性。同时，产品加工质量的控制还需要现场各类资源的有效整合。只有对产品全过程 的有效控制，产品的质量才能最终得到了进一步的保证。 1 1 质量管理概述 质量管理在不同的时期有不同的定义。在工业革命之前，由于物质文化生活处于非常低下的水平，人 们对产品的概念仅限于其性能的满足，好性能好质量的商品只是极少数王公大臣的专有品。人们对质量没 有什么要求，那时候谈不上质量管理。随着工业革命在全世界的蔓延以及二次世界大战的直接影响，人们 认识到了落后的技术和管理成了丧权辱国、被动挨打的代名词。正是从那个时代开始，质量管理的萌芽开 始生根发芽。 经过几代质量人的努力，质量管理历经了传统的零件质量管理、过程质量管理、现场质量管理以至于 现在的全面质量管理几个阶段，但不管哪一个阶段质量管理都离不开最基本的产品加工过程的控制。由于 生产过程的千差万别，再加上人们观念认识上的许多不同，因此对生产过程质量的研究也就很不一样，p d c a 循环管理法，零缺陷法，q s9 0 0 0 质量体系要求，各种管理图控制法等等，都从质量管理的一个或几 个方面进行研究。这在相当长的时间内决定了质量管理的重心。 随着各种新技术新产品的不断涌现，人们对质量的认识比过去有了更深的理解。产品不仅性能 要好、还要美观、能与其它一些新的设备配套，要能紧跟形势。新的产品质量管理的观念出现了。 质量管理不仅反映在具体的产品加工过程中，而且还延伸到了产品的理念、设计、售后服务等方面， 根据这个观念，优化设计。下道工序是上道工序的顾客、上道工序必须服从服务于顾客的管理思路 在企业中不断推广。人们也更加认识到了质量管理的重要性。 在具体的质量管理中，一开始人们将达到产品的技术标准作为产品质量的最终目的。并为此进 行了艰苦的工作。许多管理人员也都为此制定了产品标准，并努力使产品在加工过程中都符合质量 标准。这样虽能保证图纸要求，但对产品的成本却是非常不利的。因为在加工过程中，许多无效的 质量要求被保证，而一些关键的综合性的质量要求却没有能够保证。 为了解决这个问题，人们提出了最新的现代质量观念：企业要在准确定义产品服务质量水平的 基础上追求良好的质量保证能力。这是企业保持竞争力的根本保证。但影响产品和服务质量的因素 很多。而且在不断发生变化，所以必须建立完善的质量管理和质量保证体系，来对各种因素进行系 统的有效的控制。 建立了较完善的质量体系也还会产生不合格，但这种不合格是可以预防和纠正的。 传统质量观念和现代质量观念有着许多的不同，传统质量观念强调事后检验把关，就是说，出 现质量问题的产品不出厂。现代质量观念强调事前预防，强调第一次就把事情做好，追求工作“零缺 陷”。传统质量管理观念认为，产品质量完全取决于企业本身，而现代质量观念则认为产品质量涉 及到全企业、全员、全过程。它们认为产品质量在产品的设计阶段就已经开始形成了，其重要性甚 至超过生产过程；另外产品在采购、销售、服务、以及用后处理等环节中，也会出现质量事故，因 东南大学硕士学位论文 此产品质量不是某个部门、员工的事情，它涉及到企业的各个部门及全体员工。传统质量观念认为 产品质量管理仅仅是企业的事，而现代质量管理还重视社会环境的作用。 质量追求永无止境，质量管理也没有尽头不管那一种理念。都要尊重其自身的客观规律，都要对 影响产品加工的全过程进行控制。 现代质量管理强调质量活动要严格遵循的三个基本原理：人本原理、过程监控原理和体系管理 原理。应该说这些都没有什么问题，但认真分析这些原理的内容，发现它们着重研究宏观质量控制 的内容，而没有研究到对单个复杂零件的加工。对过程加工尤其是车间级别的质量管理则更少。车 间的质量管理直接决定了所加工产品的质量水平，必须对其作认真的研究，才能真正解决管理中出 现的一些问题。 1 2 质量控制理论 世界著名质量管理专家朱兰( j m j w r a n ) 博士曾精辟地指出：2 0 世纪是生产力的世纪，2 l 世 纪将是质量的世纪。提高商品的质量不仅具有重大的市场和经济意义，而且具有重大社会意义。市 场经济最大的特点是竞争，竞争的焦点是质量，而保证质量的前提是加强质量管理。所谓质量管理 是指为了在最经济的水平上生产出充分满足顾客质量要求的产品而综合协调企业各部门为保证与改 善质量的有效体系。 2 0 世纪5 0 年代后，市场行情发生了重大变化，从卖方市场逐步转向买方市场。在这种形势下， 质量管理专家们提出了全面质量管理的思想，内容如下：第一，全面的质量，包括产品质量、服务 质量、成本质量；第二，全过程的质量，指质量贯穿于生产的全过程，用工作质量来保证产品质量； 第三，全员参与的质量，对员工进行质量教育，强调全员把关，组成质量管理小组；第四，全企业 的质量，目的是建立企业质量保证体系。 美国企业一直重视质量管理，其质量管理起源于泰勒，大体经历了质量检验、统计、质量控制、 全面质量管理、马克姆波里奇奖4 个阶段。为了提高美国公司的产品质量，美国政府在1 9 8 7 年设 立一个国家质量大奖一马克姆波里奇国家质量奖。马克姆波里奇奖的核心是定点超越，分两步进行： 第一步，分析本企业与历史同期相比取得了多少进步，它能够激励本企业继续前进。第二步，企业 要想获得巨大的进步，就要不断地把本企业的业绩与同行业最好企业的业绩比较，找出差距，然后 迎头赶上，这就是定点超越。自颁发马克姆波里奇奖后，美国企业纷纷比照马克姆波里奇奖获得 者找差距，然后定点超越，结果产品质量大大提高。2 0 世纪9 0 年代，美国企业重新树立了对日本 企业的竞争优势，马克姆波里奇奖的定点超越是美国企业质量成功的重要因素之一。 日本企业质量管理的成功，得益于美国著名质量管理专家爱德华戴明。戴明的质量管理思想集 中体现在p d c a ( p 呻1 锄，计划；d d o ，执行；c - - c h e c k ，检查；a a c t ，处理) 循环上： ( 1 ) p 计划阶段，看哪些问题需要改进，逐项列出，找出最需要改进的问题 ( 2 ) d 执行阶段，实施改进，并收集相应的数据。 ( 3 ) c 检查阶段，对改进的效果进行评价，用数据说话，看实际结果与原定目标是否吻合。 ( 4 ) a 处理阶段，如果改进效果好，则加以推广；如果改进效果不好，则进行下一个循环。 p d c a 循环的特点是：大环套小环，企业总部、车间、班组、员工都可进行p d c a 循环，找出 问题以寻求改进；阶梯式上升，第一循环结束后，则进入下一个更高级的循环；循环往复，永不停 止。戴明强调连续改进质量，把产品和过程的改进看作一个永不停止的、不断获得小进步的过程。 戴明的质量管理思想对日本企业影响很大，日本企业纷纷使用p d c a 循环自己找问题，然后改 进产品质量。经过几十年的努力，到8 0 年代中期日本经济达到最辉煌的时期，其产品如汽车、家电 等充斥世界各国市场。著名质量管理专家朱兰对日本经济奇迹的评价是：“日本的经济振兴是一次成 功的质量革命”。 2 l 世纪是以质量为焦点的世纪，质量管理的概念得到了极大的延伸。由于全面质量管理实施中 暴露出一些问题。所以其原理和方法在2 l 世纪必须有极大的发展。i s 0 9 0 0 0 国际质量认证正是迎合 2 第一章绪论 了这种情况。该标准要求质量管理体系必须贯穿于一个企业的所有业务流程中。 6 0 是在九十年代中期开始从一种全面质量管理方法演变成为一个高度有效的企业流程设计、改 善和优化技术，并提供了一系列同等适用于设计、生产和服务的新产品开发工具。继而与全球化、 产品服务、电子商务等战略齐头并进，成为全世界追求管理卓越性的企业最为重要的战略举措。6 0 逐步发展成为以顾客为主体来确定企业战略目标和产品开发设计的标尺，追求持续进步的一种质量 管理哲学。6 0 最早作为一种突破性的质量管理战略于八十年代末在摩托罗拉公司( m o t o r o l a ) 成型 并付诸实践。三年后该公司的6 0 质量战略取得了空前的成功，产品的不合格率从百万分之6 2 1 0 件 ( 大约4 0 ) 减少到百万分之3 2 ( 5 5 0 ) ，在此过程中节约成本超过2 0 亿美金。平均每年提高生产率 1 2 3 ，因质量缺陷造成的损失减少了8 4 ，摩托罗拉公司因此取得了巨大的成功，成为世界著名 跨国公司，并于1 9 9 8 年获得美国马克姆波里奇国家质量管理奖。 为保证我国企业产品加工的质量，我国先后开展了全面质量管理( t q m ) 、i s 0 9 0 0 0 国际质量认 证、6 0 管理、卓越绩效评价准则( g b i t l 9 5 8 0 - 2 0 0 4 ) 等的工作。 1 3 研究产品加工质量控制的意义 目前，世界各国对于质量的研究都比较投入，然而由于质量的效益不直观。因而，许多企业往 往在实际操作中并不很认真。但质量对于企业的作用却是巨大的，只有找到适合企业实际的好方法， 才能最终取得预期的效果。 不管是哪种质量体系，或质量管理方法，都有它们特定的要求，而这些要求最终的目的则是为 了保证不断变化的质量含义。但不管怎么变，产品的加工质量不能变，而产品的加工质最是由加工 车间保证的。因而，只有车间的产品加工质量得到保证，才能保证企业的产品质量，才能不断地满 足用户对质量的要求。 1 4 课题来源及主要的研究内容 1 4 1 课题来源 扬州电力设备修造厂是国内生产电动执行机构( 图1 1 ) 的专业厂家，其产品在国内市场占有率 大约3 0 ，是绝对的国内龙头老大，在国外该企业也是名声很大。其在市场的一举一动，直接影响 到整个行业的走向。为了保证产品的质量，该企业产品的关键部件基本上都是自主生产。为了保证 企业的市场竞争力，该企业还建立了具有相当规模的产品研究中心，根据市场的需求，不断地开发 一些最新的产品，来保证其在市场上的领先地位。 图i - i2 s a 3 2 电动执行机构 电动执行机构是工业过程控制的关键设备，广泛应用于电力、石化、水泥、钢铁、供水供气等 3 东南大学硕士学位论文 公用事业，是核电系统以及其它军事设施不可缺少的控制部件。由于该装置的重要性。因此在国家 的产业政策中先后多次被立为重点攻关项目。国内目前虽然有许多的生产厂家在提供这方面的生产， 但由于产品质量的原因，往往竞争不过国外的一些产品。为了解决这个问题，扬州电力设备修造厂 引进了德国西门子的最新产品2 s a 3 系列电动执行机构。2 s a 3 系列多回转电动执行机构用于对闭环 控制系统中最终控制元件的运行进行控制。它可以准确地按控制指令对系统工况的介质的压力，温 度和流量进行调节，因而是实现自动控制的必不可少的驱动装置，该执行机构不仅可以满足一般的 工矿企业，而且还可以满足核电以及其它特殊项目的使用。 2 s a 3 系列电动执行机构由减速部分，输出接口部分，手电动切换部分，现场控制系统等几个 部分组成。其工作原理( 如图i - 2 ) 是电机带动蜗杆转动，蜗杆将运动传递给蜗轮，然后通过蜗轮 再将运动传递给控制阀门或风门等的连接元件，实现将电机的运动和动力传递给执行件。为了精确 地控制执行器的运动，执行机构采用了一套智能控制模块。该模块可以将执行件的状态反馈给电机， 实现闭环控制。 1 一电机2 蜗轮3 输出轴4 行程控制机构 5 开度指示器6 蜗杆7 转矩控制机构8 蝶簧组 图l - 2 电动执行机构工作原理 1 4 2 主要研究的内容 1 4 2 1 课题研究意义 电动执行机构减速部分主要用于控制过程中减速的调节，该部分质量的好坏直接影响到箍个装 置的最终性能，而减速部分中箱体的质量是关键，它要保证箱体内的行程传动部件位置的准确，又 要保证用于降速的蜗轮蜗杆副的精确传动，同时还要保证手动操作机构，以及力矩控制机构的正常 工作。该箱体( 见图】- 3 ) 结构复杂，工艺要求高。 为了做好2 s a 3 系列电动执行机构箱体的生产，企业做了大量的工作，先后购买了1 2 台加工中 心，一台对刀仪，一台三坐标测量机以及大量的其它辅助生产用设备，专门培i j j i 了一批生产管理以 及质量控制的人员。想方设法从各个方面确保产品的生产质量。 尽管如此，箱体的加工质量还是一直不太稳定，其中最主要的有以下几个方面。 ( 1 ) 箱体的蜗杆孔加工时经常出现误差，孔径不稳定，时大时小，导致在装配时，蜗杆轴承在箱 体内的串动不灵活，使电动执行结构的出力受到很大影响；同时由于箱体蜗杆孔的同轴度误差较大， 非常容易引起蜗杆与蜗轮的啮合出现不正常，使电动执行机构在工作时很快发生磨损。 ( 2 ) 箱体的行程孔加工的要求达不到。行程位置是电动执行机构的极其重要的指标之一。一方面， 与执行机构相连的控制系统要通过行程来采集信号，如果信号源发生了偏差，则整个控制系统都会 出现问题；另一方面，由于行程孔相对较小，加工时表面粗糙度易被忽视，也容易导致电动执行机 构在工作时出现渗油，密封元件快速老化的现象。 4 第一章绪论 ( 3 ) 箱体的上下表面加工的表面粗糙度达不到要求。 图1 - 3 电动执行机构箱体很1 0 6 1 0 7 ) ( 4 ) 箱体由于铸造质量的原因。导致打孔时，箱体经常出现通孔，导致电动执行机构在工作时发 生润滑油从螺纹孔向外渗漏的情况，既影响工作现场的文明，又会使电动执行机构出现缺油的现象。 ( 5 ) 由于工作责任心引起的一些加工质量问题，如攻丝长度不够，断丝锥未取，箱体磕碰等等。 正是由于箱体在加工过程中存在的这些问题，直接导致了电动执行机构在使用过程中出现问题： 渗油、力矩控制不稳、蜗轮蜗杆传动效率达不到设计要求等，严重影响了企业的声誉。 为什么加工车间的质量难以得到保证，究竟是什么原因造成箱体的质量不稳定，车间的质量管 理体系应如何建立。又如何将现代最先进的信息控制软件用于实践，自己对此进行了研究。 东南大学硕士学位论文 1 4 2 2 研究的主要内容 在箱体的加工过程中，有许多不可忽视的影响因素，不解决好这些问题，箱体加工的质量将得 不到有效的保证。 2 s a 3 系列箱体属于薄壁框架类零件，在加工时必须采用工装夹紧，无论是工装夹紧还是正常加 工，箱体的装夹变形和加工变形对加工质量的影响都是很大的，本文将对此进行分析，找出解决问 题的办法 箱体在加工中心上加工。是全封闭的特殊加工过程，这是因为箱体在加工过程中各道尺寸的保 证、箱体表面的表面粗糙度、箱体的各种技术要求等几乎都由加工中心预先编好的各种加工程序保 证，受操作人员的现场工作经验影响程度不大而箱体在加工过程中的刀具变形、刀具磨损补偿， 切削力的大小是必须考虑的问题，本文将结合2 s a 3 2 电动执行机构箱体的具体加工来说明控制箱体 的加工质量的有关问题。 为了提高和改善箱体的加工质量，必须对箱体的加工结果进行认真的分析。根据有关的统计方 法，结合现代质量控制的有关理论，对箱体加工的全过程进行控制。 为了找出箱体类零件在加工过程中各种因素对加工质量的影响，还将采用正交试验设计法。通 过一系列的试验找出各因素对箱体加工质量影响的权重，以便更有效地对箱体的加工过程做进一步 的控制。 质量分析和质量改进是加工过程中的重要环节。随着外在条件的变化，对箱体的加工不断她提 出新的要求，如何通过质量分析和改进活动来提高产品的加工质量是本文研究的重点。 要保证车间的产品加工质量，不仅需要好的质量意识、先进的加工、测量设备、技术精良的操 作人员，还需要有好的质量管理体系。如果没有一套好的体系的约束，那么产品的加工质量很可能 得不到最终的保证。本文研究了建立机械加工车间质量管理体系的方法和要点，同时还研究了机械 加工车间质量控制集成模型。该系统模型将作为c i m s ( 企业质量管理系统) 环境下的一个单独的 程序，主要任务是将收集到的质量数据采用质量管理的适当方法进行统计分析，并给出结果，以便 决策者对质量工作做出正确的决策。该模型的目标是帮助质量管理人员，让质量信息充分发挥其价 值，并使车间生产出质量更高的产品。 1 5 本章小结 本章主要介绍了质量管理的现状，讨论了质量的最新的定义，提出了有效质量和无效质量的概 念；介绍了世界著名质量管理专家朱兰( j m j w r a n ) 博士的质量管理理念；介绍了质量管理和质量 控制的有关理论；介绍了美国、日本等国的质量管理的特点。 本章介绍了研究产品加工质量控制的实际意义。 本章着重介绍了课题的来源情况和选题的理由。介绍了本文研究的主要内容 6 第二章2 s 3 电动执行机构箱体加工 第二章2 s a 3 电动执行机构箱体加工 2 s a 3 系列箱体是电动执行机构的最重要的零件之一。电机、行程轴、蜗轮蜗杆、输出轴、以及 其它的控制部分等通过它组装在一起，并由其保证它们之间正确的相互位置，从而协调彼此之问的 运动关系。 箱体加工非常复杂。一方面箱体需要加工的尺寸多，要求高；另一方面则是箱体本身的原因。 箱体是铸件，许多铸造缺陷只有通过加工才能发现，当有些缺陷发生在箱体内部时，尽管不影响表 面的加工质量，但它会对箱体的最终质量产生一定的影响。 通过分析，箱体加工的难点主要有下面几个方面：箱体主要尺寸的加工精度要求较高。一般的 加工方法难以保证；箱体加工过程中的一些尺寸的一致性不好：箱体在加工过程中的镗孔变形问题； 箱体夹具的变形以及夹紧点的选择问题：箱体在加工过程中刀具磨损及补偿问题；各类密封面的表 面质量控制的河题：箱体加工过程中的冷却以及加工后的防锈防蚀的要求等。 另外，加工机床的选择、加工工艺的制定也是决定箱体加工质量的重要内容。 该单位箱体加工车间2 0 0 5 年l - 6 月份的质量统计情况见表2 1 表2 - l2 0 0 5 年1 6 月三车间箱体加工情况统计 报废原因 加工数废品数 料废( 只)工废( 只) 型号 废品率 量量毛坯缺陷机床人为刀具夹具其它 比例故障因素原因问题原因 2 s a 3 1 2 2 0 2 1 3 34 5 0 0 2 2 8 2 31 6 1 47o 0 6 2 s a 3 22 8 3 91 1 28 7 o 0 3 2 9 l l 300 0 4 2 s a 3 31 7 1 31 5 86 2 o 0 33 31 52 51 850 0 9 2 2 s a 3 43 9 52 6 1 2 0 0 2 9 4 33 3lo 0 6 5 合计 7 1 4 9 4 2 92 0 6 o 0 2 96 75 05 53 81 3o 0 6 通过分析，影响2 s a 3 箱体加工质量的因素如图2 - 1 所示。 只有对影响箱体加工所有因素都进行了必要的控制后，箱体加工的质量才能得到有效的保障。 下面从如何保证2 s a 3 2 箱体的最终加工质量的角度，结合箱体j u ：i ：中的一些难点，来具体讨论一下 2 s a 3 2 箱体的具体加工。 图2 1影响2 s a 3 箱体加工质量因素 7 东南大学硕士学位论文 2 1 箱体结构性分析 箱体的结构直接影响到加工工艺的编制。不同的结构，加工的形式和方法不同。只有对箱体的 结构进行认真的分析，才能最终保证箱体的加工质量。 2 s a 3 系列箱体的材料为h t 2 0 0 ，壁厚最小处仅6 - s m m ，属于典型的薄壁类框架型零件。箱体 主要由两个腔组成，一个为内腔，主要安装行程轴、蜗轮蜗杆、输出轴等机械传动部分的零件，另 一个为外腔，主要用于安装控制部分的器件。两腔在装配结束后要求互不相通，同时还要保证执行 机构在工作中能防渗油，防漏水。要求各密封加工面要有较小的表面粗糙度。 2 s a 3 系列箱体采用树脂砂造型生产。由于箱体的壁薄体积大，且对外观质量的要求较高，因而 铸造时对砂铁比的要求非常严。尽管这样，严格的铸造要求还是不可避免地出现铸造缺陷，另外切 削加工前需对铸造箱体进行时效处理，否则已加工出来的箱体的质量难以得到有效的控制。 电动执行机构属于精密的控制仪器，它在工作时要能将工矿过程中极微小的变化反映出来。因 此执行机构的箱体相互之间的位置关系要准确可靠。箱体的行位公差等技术要求相对较高。 2 s a 3 2 电动执行机构的箱体图如图1 - 3 所示。具体结构为：6 5 。- 0 0 。3 和由5 2 安放中间轴、蜗杆 等零件，侧面巾2 2 h 7 孔是用来安装手动切换装置，顶面由1 0 6 孔安装手轮，侧面内腔中4 m 6 以及 巾1 4 2 的孔是用来安装执行机构的电气接线装置；控制腔中4 m 6 安装行程控制计数器等一些控制机 构。4 - m 8 螺纹孔是用来安装电机的。箱体四周的壁厚基本均匀，底面的壁厚较厚。 2 2 箱体的工艺性分析 箱体的加工比较复杂，为了便于分析。现选择批量较大的型号2 s a 3 2 的箱体进行研究，其它箱 体加工则可参照此型号箱体进行。 2 s a 3 2 箱体的年生产纲领为8 0 0 0 台，年左右，根据零件类型和加工数量，确定为大批量生产。 企业计划使用3 台加工中心进行加工，人员配置采用四班三运转模式，每只箱体的加工时间控制在 1 2 0 分钟之内。每天每台加工中心的加工数量为9 只箱体( 包含装夹时间) 。每天可加工箱体2 7 只， 每月以2 5 个工作日计算，可加工箱体6 7 5 只，每年可加工8 1 0 0 台，除去铸造缺陷以及机床调试时 的加工废品，基本上可以满足生产需要。 分析2 s a 3 2 箱体的结构，发现箱体的加工要求非常复杂，6 个面全部都需加工。同时该箱体 各部分尺寸的精度要求很高，且绝大多数的孔的垂直度、同轴度要求也非常高，如孔4 ，6 5 j 6 及巾6 5 h 7 孔的同轴度和垂直度都要求o 0 3 ，巾1 6 h 7 孔的垂直度要求为o 0 3 ，除此而外，箱体各加工面的粗糙 度要求也很高，有的达到7 级精度。按要求加工出此箱体，加工难度较大。 由于该箱体是铸铁件，且结构是框架带空腔的形式，因此加工工艺性极差。采用普通镗床加工， 需要大量的工装，加工时间长，即使加工出来，也很难保证加工要求；而选用单工作台的卧式加工 中心，由于其一次装夹，最多只能加工4 个面，加工另外两个面及其上面的孔就必须进行二次装夹， 重而引入误差。影响箱体的加工质量。因此采用带双交换工作台的卧式加工中心，则可以很方便地 解决这个加工难题。 根据企业提供的条件，最终选择该型号的箱体在台湾友嘉生产的f m h 5 0 0 卧式加工中心进行加 工。为了提高加工效率，设计两套专用工装。将箱体固定在专用工装上，分别放在加工中心的两个 工作台上，当一个工位上的工序全部完成后，再换一个工位加工，利用加工中心足够的刀位，在加 工中心上一次性完成箱体的所有加工要求。 8 第二章2 s a 3 电动执行机构箱体加工 2 3 箱体加工工艺方案 为了保证2 s a 3 2 箱体的最终加工质量，根据加工的类型以及企业提供的设备，就可以有针对性 地编制加工工艺方案。 在加工中心上加工工件时，不需要频繁地安装工件，就能完成所有的加工工序。这特别适用于 要求很高的箱体。所以，此时夹具的质量以及加工过程中夹具的变形就显得十分的重要。由于箱体 的铸造误差的存在。毛坯在装夹过程中的操作及箱体的加工基面选择不当，则会直接影响箱体的加 工质量。 2 3 1 定位基准的选择 零件具有尺寸精度和相互位置精度要求，在制订零件加工的工艺规程时，定位基准的选择正确 与与否，对加工质量有很大的影响，而且对零件各表面间的加工顺序有很大影响，直接影响生产效 率。 在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作定位基准，这种定位基准称粗基 准。在随后的工序中，用加工过的表面作定位基准的称为精基准 ( 1 ) 粗基准的选择 粗基准的选择用粗基准的定位所加工出来的精基准有较高的精度，通过精基准定位，使后续各 被加工表面具有较均匀的加工余量，并与非加工表面保持应有的相对位置精度。保证相互位置要求 的原则，选取与加工表面相互位置精度要求较高的不加工表面作为粗基准；保证加工表面余量合理 分配的原则，并且尽可能地选取重要表面及那些面积足够大、较平坦的表面作为粗基准。另外，在 选择粗基准时，还必须考虑到重心平衡以及加工方便。根据以上要求，2 s a 3 2 箱体的粗基准选择由 1 0 6 主轴孔的下端面以及由6 5 的蜗杆孔的侧面。 ( 2 ) 精基准选择 选择精基准应考虑的主要问题是保证加工精度，特别是加工表面的相互位置精度，以及实现装 夹的方便、可靠、准确。基准重合与基准统一是精基准选择的两个重要的原则，当两者不能统一时， 对尺寸精度较高的加工表面应服从基准重合原则，以免使工序尺寸的实际公差减小，给加工带来困 难；除此以外，主要考虑基准统一原则。对于2 s a 3 箱体来讲，由于其结构复杂，加工的工序比较多， 而且有许多尺寸必须依靠加工中心来保证，基准的选择必须充分保证各加工表面间的相互位置精度， 按照这一原则，2 s a 3 2 箱体加工的精基准选择经过加工过的控制面和以及控制面上的两个相距为 1 4 6 0 0 2 的孔。 2 3 2 工艺路线的拟定 加工基准确定后，就可以编制箱体加工的工艺路线。2 s a 3 箱体前后面，左右面孔系较多，同轴 度要求高，位置精度比较严，平面和孔轴线垂直度要求高，根据工序集中的原则，准备采用尽量少 的装夹次数，完成箱体加工。 根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工原则。把工件分两次装夹( 在两个 工作台上) ，以使加出来的零件符合技术要求。第一次以主轴孔巾1 0 6 下端面以及由6 5 的蜗杆孔的侧 面为基准进行装夹( 一工位) 。在- - i 位上加工控制面、电机面、手切换面以及$ 6 5 的蜗杆孔( 粗 加工) 上的尺寸。第二次以加工过的控制面以及上面的两个工艺孔为基准进行装夹( 二工位) ，在二 工位上加工上下主轴孔、由6 5 的蜗杆孔( 精加工) 以及各表面的其它要求。 为了提高切削效率，确保加工质量，在加工中尽可能选用复合刀具。由于孔的位置精度要求很 高，因此在钻孔之前必须先打中心孔 2 3 - 3 制定合理的加工工艺 产品加工