误差统计实验报告3.doc

机械制造技术基础实验指导书同济大学机械工程学院二00九年十一月实验一 加工误差统计分析一、实验目的 1、学会用点图法研究被加工零件尺寸的变化规律和控制被加工零件尺寸 2、在已调整好的机床上加工一批零件，鉴定该机床的工艺能力。 3、掌握绘制点图的方法，能根据点图分析工艺过程的稳定性，计算工序能力系数等。二、实验使用的设备和工具 1、机床：斯来福临精密数控平面磨床K-P36 Compact 2、量具：螺旋测微仪、千分仪三、实验内容 在数控磨床上加工一批零件,依次测量出其高度尺寸，然后绘制被加工零件尺寸的图，分析被加工零件尺寸的变化规律，从中找出误差的性质和原因，并计算机床的工艺能力系数、确定机床的工艺能力等级。四、实验原理和方法 在磨床上用磨削45HRC5962工件一批，做出控制图。 应用数理统计方法对加工误差（或其他质量指标）进行分析，是进行过程控制的一种有效方法，也是实施全面质量管理的一个重要方面。其基本原理是利用加工误差的统计特性，对测量数据进行处理，作出点图，据此对加工误差的性质、工序能力及工艺稳定性等进行识别和判断，进而对加工误差作出综合分析。详见教材相关章节。 1、 图绘制：1）确定样组容量，对样本进行分组样组容量一般取m=210件，通常取4或5。按样组容量和加工时间顺序，将样本划分成若干个样组。2）计算各样组的平均值和极差对于第i个样组，其平均值和极差计算公式为：，式中 第i个样组的平均值；第i个样组的极差；xij第i个样组第j个零件的测量值；ximax第i个样组数据的最大值；ximin第i个样组数据的最小值3）计算图控制限图的控制限为：式中A2、D1、D2常数，可由表1.2查得；Km-样组个数。表3.2 d、A2、D1、D2值N（件）dA2D1D240.8800.4860.732.28050.8640.4300.582.11060.8480.3950.482.0004) 绘制图以样组序号为横坐标，分别以各样组的平均值和极差R为纵坐标，画出 图，并在图上标出中心线和上、下控制限。2、直方图和分布曲线绘制1）初选分组数K一般应根据样本容量来选择，参见表3.1.表1.1 分组数K的选定n2540406060100100100160160250k6781011122)确定组距找出样本数据的最大值Ximax和最小值Ximin，并按下式计算组距：选取与计算的d值相近的且为测量值尾数整倍数的数值为组距 。3）确定分组数4）确定组界 各组组界为： （j=1，2，k）5)统计各组频数ni（即落在各组组界范围内的样件个数）6）画直方图以样本数据值为横坐标，标出各组组界；以各组频数 为纵坐标，画出直方图。7)计算总体平均值与标准差平均值得计算公式为：式中 xi第i个样件的测量值；n样本容量。标准差的计算公式为：8）画分布曲线若研究的质量指标是尺寸误差，且工艺过程稳定，则误差分布曲线接近正态分布曲线；若研究的质量指标是形位误差或其他，则应根据实际情况确定其分布曲线。画出分布曲线，注意使分布曲线与直方图协调一致。9）画公差带在横轴下方画出公差带，以便与分布曲线相比较。 3、工序能力系数计算标准差的计算公式为： 式中 xi第i个样件的测量值； n样本容量。工序能力系数Cp按下式计算： 4、判别工艺过程稳定性可按表3.3所列标准进行判别。注意，同时满足表中左列3个条件，工艺过程稳定；表中右列条件之一不满足，即表示工艺过程不稳定。表3.3 正常波动与异常波动标志正 常 波 动异 常 波 动1、没有点子超出控制线2、大部分点子在平均线上下波动，小部分在控制线附近3、点子没有明显的规律性1、有点子超出控制线2、点子密集在平均线上下附近3、点子密集在控制线附近4、连续7点以上出现在平均线一侧5、连续11点中有10点以上出现在平均线一侧6、连续14点中有12点以上出现在平均线一侧7、连续17点中有14点以上出现在平均线一侧8、连续20点中有16点以上出现在平均线一侧9、点子有上升或下降的倾向10、点了有周期性的波动四、实验步骤 1、在已调整好的平面磨床K-P36加工50 个高度11.307 0.06的方形工件。 2、在加工过程中用千分尺依次测量各个零件的，以5个零件为一组 记录于报告内的原始数据记录表（见附表）上。 3、 计算出每组零件尺寸平均值和极差R，再依次记录在实验报告内的原始数据记录表上。 4、计算和的平均值和。 5、计算图控制线。6、绘制控制图。7、分析图的点子是否为正常波动，以判断工艺是否稳定8、绘制分布图。9、计算全部零件尺寸的均方根偏差，计算工艺能力系数，确定工序能力等级。五、分析判断实验结果 1、通过对实际分布图及控制图分析、判断影响该批零件加工精度的主要误差因素。 2、推断该工序的工艺能力，确定工艺等级。 3、判断工艺是否稳定。 4、试提出解决上述工艺问题的措施。六、思考题 1、分布图主要说明什么问题？在什么情况下分布曲线接近于正态曲线？在什么情况下分布曲线与正态曲线偏离较远？ 2、图主要说明什么问题？分布图与图关系如何？ 3、分析产生加工误差的主要因素有哪些？其中哪些是常值系统误差？哪些是变值系统误差？哪些是随机误差？如何从分布图及图中加以判断？ 4、分析工艺过程稳定性（或不稳定性）的原因？ 附表：测量值记录表样本组编号尺寸（mm)小样本均值小样本极差R12345111.29411.29311.29911.29311.28811.2930.011211.28611.28911.29011.28511.28111.2860.009311.30711.29311.29811.29211.28711.2950.02411.29511.28711.29311.26711.26111.2810.034511.28911.28811.29011.28111.27911.2850.011611.29011.29111.28911.28911.28511.2890.006711.28411.28811.29011.28611.28211.2860.008811.29011.28711.28611.28211.28111.2850.009911.29311.29211.29411.28611.28611.2900.0081011.29111.28811.29011.28611.28511.2880.00611.2880.0122计算图控制线图的控制线为： x 图中线 x=11.288上控制线 xU=11.295下控制线 xU=11.281 R图 中线 R=0.021 上控制线 RU=0.044 下控制线 RL=04) 绘制图为了作图精确起见，借助matlab工具作图，将作图程序附于最后。x 据点子正常波动和异常波动判断方法，可以发现图中没有1个数据点超出控制线，而且所有点在平均线上下无规律波动，R图中也没有1个点超出控制线，大多分布在中线与下控制线之间，说明了工艺是稳定的。绘制分布图1）初选分组数K样本容量为50，故根据表3.1初步选取分组数为72)确定组距组距为：d=0.0466 取为0.007的整数，为0.0073）确定分组数k=Rd+184）确定组界 各组组界为： （j=1，2，k）则各组组界如下表5)统计各组频数ni（即落在各组组界范围内的样件个数）6）画直方图，分布曲线，及公差带以样本数据值为横坐标，标出各组组界；以各组频数为纵坐标，画出直方图，并描出分布曲线，在横坐标下方加上公差带便于与分布曲线进行比较。7)计算总体平均值与标准差平均值得计算公式为：式中 xi第i个样件的测量值；标准差的计算公式为： 3、工序能力系数计算工序能力系数Cp按下式计算:Cp=T6=0.1266.9910-3=2.86Cp1.67 为特级，说明工艺能力过高，不一定经济实验结果分析判断：1. 影响该批零件加工精度的主要误差因素是磨床的系统误差。此外还有加工零件前，没有将磨床冲洗干净，导致磨床表面有残余的磨削，加工零件放于其上，导致了加工误差。2. 该工序的工艺等级为特级，工艺能力过高，不一定经济。3. 该工艺稳定。4. 在加工零件之前，用冲洗液将磨床表面冲洗干净，保证不再残留磨削后在进行加工。思考题：1. 分布图重要说明了零件加工误差的主要误差的性质，是来源于系统性误差还是随机性误差，若引起系统性误差的因素不变，引起随机误差的多种因素的作用都微小且在数量级上大致相等时，加工所得的尺寸将按正态分布曲线分布，当随机性误差中混入了系统性误差时或加工工艺未达到热平衡前，分布图与正态曲线偏离较远。2. 图主要用于判定工艺稳定性以及用于工序质量控制，它的波动说明了工件平均值的变化趋势和随机误差的分散程度。分布图与图受系统性误差影响相同，只影响曲线位置，但是图能够反映随机误差的分散程度，而且计算方便，能及时提供主动控制的资料。3. 产生加工误差的主要因素有原理误差，机床误差，调整误差，热变形引起的误差，内应力变形引起的误差，工艺系统受力变形引起的误差。原理误差，机床，刀具，夹具，量具的制造误差，调整误差，工艺系统的静力变形，机床，夹具和量具的磨损值在一定时间内是常值系统误差。机床和刀具的热变形，刀具的磨损是变值系统误差。毛坯误差的复映，定位误差，夹紧误差，多次调整的误差，内应力引起的变形误差是随机误差。从分布图及图中判断误差类型的依据是，如果分布图分散范围的中心与公差范围的中心有偏差，是系统误差造成的，如果两个分布曲线形状有偏差则是随机误差造成的，在图中，根据曲线的走势和分散程度判断出随机误差的可能类型。4. 工艺过程不稳定性的原因有热变形等。 实验心得体会在第一个实验中，张老师带我们参观了一批机床和立式加工中心。张老师首先向我们介绍了一些机械式加工机床，铣床，牛头刨床等，虽然以前在金工实习中已经使用过其中的部分机床，但在系统性的学习了它们的构造，以及上面的一些结构后，再来看实物，来进行细致的观察，还是颇有收获，对于机床上面一些结构方面的设计考虑有了更加深刻的认识与思考。同时张老师还结合了书本上面的所学的知识，给我们讲解了各个机床分别是几自由度定位，在实验的同时，加深了我们对知识的理解运用。但是让我最感到震撼的还是那些数控机床和立式加工中心，真的让我大开眼界。尤其是立式加工中心，将机电一体化的优势体现的淋漓尽致。如此庞大的机器，由电子进行控制，大大提高了加工精度，而且可视化的编程界面，使得操作更加方便，而且考虑到加工时的散热排屑，里面的结构也进行了相应的设计，设计确实十分细心。还有另外一台五轴数控加工机床，与三轴相比在加工曲面的时候更是具有无可比拟的优势。当时看到在五轴车床后面进行观察时发现后面的结构十分空旷，里面布置不是很紧密，还特地问了老师如此布置是不是太浪费空间。老师告诉我们这样布制是有原因的，是考虑到机床加工时的振动才设计了这样的结构，来抑制振动，再次让我们佩服得五体投地。 在第四个实验西门子840D系统的参观过程中，实验室里的老师声情并茂的为我们讲述了这一套系统的工作原理以及人机界面上各个按钮