质量控制及试验设计中4因子3水平正交试验课件

1、2. 必做题：2.1 质量控制方向课程设计题目：细纱机的主要零件是机梁，在细纱机中起着支撑延伸装置、导纱板升降装置、钢板升降装置，纱架等部件的作用，其质量将直接影响细纱机装配质量。解决问题的重要性：机梁自身的结构长向薄壁形，其长厚比例达130：1，极易产生加工变形，而技术精度要求高，其中主要的技术特性值平面度要求仅仅为0.15mm。加工工艺难度比较高。机梁的数量大，每台细纱机有28根，每年需要67000根，机梁的好坏将直接影响该厂的经济效益，而现在的机梁波动比较大，返修率比较高。因此提高机梁一次合格率有重要意义。机梁的加工工艺流程：铸坯粗铣机梁两外角尺平面精铣机梁两外角尺平面铣机梁两里角尺凸肩

2、面粗、精铣机梁两端面总长钻、攻机梁两外角尺上螺纹及孔去毛刺1）寻找原因1 为了寻找出现废品的原因，对500件机梁加工工序的一次合格率进行测试如下表所示：序号工序名称测试数/根合格数/根合格率/%12345粗铣机梁两外角尺平面精铣机梁两外角尺平面铣机梁两条小平面铣机梁两里角尺凸肩面钻、攻机梁两外角尺上螺纹及孔50047337537036547337537036536094.679.2898.6798.6598.63M=94.6%X79.28%X98.67%X98.65%X98.63%=72%由测试结果可以看出，机梁加工工序的一次合格率为72%，各个工序总共产生了140件不合格品。2 对各个工序产

3、生的140件不合格品进行测试，制成不合格品表和它的排列图如下所示：项目不合格品数/根累积不合格品数/根累积百分数/%粗铣机梁两外角尺平面精铣机梁两外角尺平面铣机梁两条小平面铣机梁两里角尺凸肩面钻、攻机梁两外角尺上螺纹及孔N9827555140981251301351407089.8292.8694.43100从不合格品表和排列图可以得出结论：粗铣机梁两外角尺平面为出现不合格品最多的工序，则下一步要解决的问题就是分析这道工序出现不合格品的主要原因。3 取118件由粗铣机梁两外角尺平面工序所造成的不合格品进行检测 ，制成不合格品表和它的排列图如下所示：项目不合格品数量/根累积不合格品数/根累积百分

4、数/%平面度0.15mm垂直度0.16mm直线度0.04mm表面粗糙度Ra2.5m厚度超差其他881575218810311011511711874.5887.2993.2297.4699.15100从不合格品表和排列图可以得出结论：平面度是影响粗铣机梁两外角尺质量的A类因素即为主要因素。4 取50件由粗铣机梁两外角尺平面工序所造成的不合格品对其平面度进行测量，得到过程质量数据表如下：序号数值序号数值序号数值序号数值序号数值17118211231841721412102211321142103913102311331243134111411241534124410514159251235124

5、51161216152683694614714171327123710471381318102810386481591119132912391149121092012309401450135 利用minitab软件，输入过程质量数据，制成平面度的单值控制图和移动极差控制图如下：由以上两图可以看出，平面度的单值控制图处于稳态，没有任何异常，可以对其进行过程能力分析。6 对平面度进行过程能力分析，制成工序能力分析图结论：由以上对平面度的工序能力进行分析，可知平面度的Cpk=0.59，表明工序能力不足。需要采取措施，提高工序能力。因此，质量管理小组提出如下的的目标：（1） 把工序能力指数重0.59提

6、高到1以上；（2） 根据国际标准，要求把机梁第一次合格率从72%提高到85%以上。2） 因果分析1 从人，机，料，方法，环境等5方面对机梁平面度不合格做分析，并利用minitab画出因果图如下：2 从因果图中可以找出影响机梁平面度质量的主要原因有一下几点：（1） 粗铣机梁弯曲变形 （2）零件加工工序不合理 （3）夹紧点选择不合理 （4）切削参数不合理 （5）刀具前角，修光刃圆弧R选择不合理3） 制定对策计划表针对因果图中找出影响机梁平面度质量的主要原因制定对策计划表如下：序号要因目标措施1粗铣机梁弯曲变形工艺规定粗铣机梁平面弯曲变形小于0.4mm以保证质量2零件加工工序不合理调整加工工序3加紧

7、力点选择不合理设计新夹具改进力点，使受力稳定4切削参数不合理合理选择切削参数5刀具前角，修光刃圆弧R不合理改进刀具前角，合理选择修光刃圆弧4） 实施改进1 对主要原因实施改进、测量制成过程质量数据表如下：序号数值序号数值序号数值序号数值序号数值17118218311041102912622732842731113132312331143114914102410349449581511251235104510661672683694610781713271237847981018102893894879919829103910498107209301140105092 对改进后的平面度进行过程能

8、力分析，制成工序过程能力分析图如下：3 前后合格率比较序号工序名称测试数/个合格数/个合格率/%12345粗铣机梁两外角尺平面精铣机梁两外角尺平面铣机梁两条小平面铣机梁两里角尺凸肩面钻、攻机梁两外角尺上螺纹及孔50048246045244648246045244644096.495.4398.2698.6798.65M=96.4%x95.43%x98.26%x98.67%x98.65%=87.98 %综上所诉，通过对比我们可以看出，机梁各工序加工合格率由原先的72%，通过改进，上升为87.98%，机梁各工序加工合格率达到了要求。2. 2 试验设计方向课程设计题目：某轨枕厂试用减水剂以节约水泥。

9、影响指标的因素有四个，每个因素选取三个水平。考察的试验指标仅为脱模强度，已知在节约水泥10%的条件下使用减水剂对脱模强度影响比较好，希望通过正交试验找出比较好的配方。1） 试验目的和指标试验目的：水泥掺用减水剂以节约水泥考核指标：轨枕脱模强度2） 制订因素水平表根据以往经验和资料分析制订因素水平表水平因素水灰比A含砂率B减水剂用量C水泥用量D（kg/cm2）10.28 0.270.30%37020.30 0.280.50%38030.32 0.290.70%3903） 选用正交表通过运用minitab软件，选用L9(34)正交表：点击“统计”点击“DOE”点击“田口”点击“创建田口设计”，输入

10、具体数据，可得出正交表1如下：水灰比A含砂率B减水剂用量C水泥用量D（kg/cm2）1111122213332123223123123132321333214） 设计试验方案运用minitab软件进行设计：点击“统计”点击“DOE”点击“田口”点击“创建田口设计”，输入具体数据，可得出正交表2如下：水灰比A含砂率B减水剂用量C水泥用量D（kg/cm2）0.280.270.30%3700.280.280.50%3800.280.290.70%3900.30.270.50%3900.30.280.70%3700.30.290.30%3800.320.270.70%3800.320.280.30%3

11、900.320.290.50%370具体操作步骤如下：图1：选择3水平4因子图2：点击“显示可用设计”选择L9（2-4），点击“确定”图3：点击“设计”，选择L9（3*4），点击“确定”图4：点击“因子”，输入因子名称和水平值，点击“确定”即可5）进行试验，并记录计算水泥轨枕脱模强度试验分析表试验号列号水灰比A含砂率B减水剂用量C(%)水泥用量D（kg/cm2）试验结果（脱模强度）11(0.28)1(0.27)1(0.3)1(370)333 21(0.28)2(0.28)2(0.5)2(380)368 31(0.28)3(0.29)3(0.7)3(390)362 42(0.30)1(0.27)

12、2(0.5)3(390)367 52(0.30)2(0.28)3(0.7)1(370)336 62(0.30)3(0.29)1(0.3)2(380)333 73(0.32)1(0.27)3(0.7)2(380)358 83(0.32)2(0.28)1(0.3)3(390)349 93(0.32)3(0.29)2(0.5)1(370)362 K11063105810151031K =3168K21036105310971059K31069105710561078R3358247具体计算如下所示：水灰比A：K1=333+368+362=1063 K2=367+336+333=1036 K3=358

13、+349+362=1069极差R=1069-1036=33含砂率B：K1=333+367+358=1058 K2=368+336+349=1053 K3=362+333+362=1057极差R=1058-1053=5减水剂用量C(%)：K1=333+333+349=1015 K2=368+367+362=1097 K3=362+336+358=1056极差R=1097-1015=82水泥用量D（kg/cm2）：K1=333+336+362=1031 K2=368+333+358=1059 K3=362+347+369=1078极差R=1078-1031=47试验结果（脱模强度）：K=333+3

14、68+362+367+336+333+358+349+362=31686）进行分析根据以上数据进行田口分析：点击“统计”点击“DOE”点击“田口”点击“分析田口设计”，得到如下均值主效应图和信噪比主效应图如下：具体步骤如下：图5：选择响应数据。图6：点击“选项”，选择“望大”，点击确定。图7：点击“分析”，选择显示响应表为“信噪比”和“均值”，点击确定，最终点击确定即可。1 确定主次因素顺序R越大，说明该因素的水平变化对试验结果指标影响越大，因而这个因素对试验指标就越重要，在本题中，RCRDRARB，所以，在本题中，减水剂用量是主要的因素，主次因素顺序如下所示：由主到次的因素排序为：C D A B还可以根据minitab软件来确定主次因素顺序，如下图：通过上图，也可以知道主次因素排序由主到次为：C D A B2 选取最优方案最优方案一般就是最优水平的组合，所谓最优水平的组合就是指全体最优水平组成的试验条件，当试验指标越大越好时，以每列的Ki中数值最大的相应水平为最优水平。根据计算以及结合本