04 加工精度分析.ppt

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1、单击此处编辑母版标题样式第1页单击此处编辑母版标题样式引言对象目的途径第2页提高加工精度减少废品识别影响因素控制影响因素掌握影响规律机械加工精度单击此处编辑母版标题样式引言精度&误差第3页研究加工精度研究加工误差研究角度、思路的转换A映射到BB反映射A解决B解决A不能解决A典型例子：典型例子：1.曹冲称象（象曹冲称象（象船水位船水位可称重石头可称重石头相同船水位相同船水位象重量象重量）2.身高测量（身高身高测量（身高刻度尺刻度尺数值）数值）3.测微位移（微位移测微位移（微位移光栅尺光栅尺光干涉条纹光干涉条纹条纹数条纹数位移值）位移值）4.单击此处编辑母版标题样式工程、科学与理论加工精度的分析原

2、理第4页加工误差分析分析什么如何分析分析方法分析结果如何应用1212数学、概率论、数理统计等理论数学公式、数据图表等表示其它是工程领域相关的科学和技术1.机械制造工艺理论机械制造工艺理论中中“理论理论”的体现的体现2.提高论文理论水平的关键：数学与工程提高论文理论水平的关键：数学与工程单击此处编辑母版标题样式本章学习建议和问题本章学习建议各节的问题3.1 加工误差的分析计算：步骤、内容、要点加工误差的分析计算：步骤、内容、要点3.2 加工误差的统计分析：方法、规律、应用加工误差的统计分析：方法、规律、应用第5页不要过多纠缠于数学公式和数学计算重点学习加工误差分析的思路和方法注重对数学公式的物理

3、意义的理解单击此处编辑母版标题样式3.1 加工误差的分析计算本节内容：1.单项误差的计算单项误差的计算2.误差因素的分类误差因素的分类3.加工误差的合成加工误差的合成4.形状误差对尺寸误差的影响形状误差对尺寸误差的影响预期收获1.掌握误差分析计算的一般步骤、内容、方法掌握误差分析计算的一般步骤、内容、方法2.了解误差分析过程中的关键点，分析中的误差了解误差分析过程中的关键点，分析中的误差3.结合工程实际进行误差的分析计算结合工程实际进行误差的分析计算第6页单项误差分析误差因素分析多因素误差综合误差间的关系单击此处编辑母版标题样式误差分析的科学认识第7页系统T输出1（误差1）输出2（误差2）输出

4、n（误差n）输入1输入2输入mIO1.未知输出2.不可测输出3.可测输出1.未知输入2.不可控输入3.可控输入目标：通过可控输入的调整可控输入的调整来精确控制控制系统的可测输出可测输出掌握输入与输出之间关系问题的复杂性1.输入与输出之间的非线性、耦合关系2.未知输入与不可控输入的客观存在3.问题简化单击此处编辑母版标题样式误差分析的科学认识问题简化第8页系统T可测输出1可测输出2可测输出n可控输入1可控输入2可控输入mIO目标：找出可控输入可控输入与可测输出可测输出之间的关系分析可控输入识别可测输出1.分析单个输入变化引起的输出变化2.分析引起单个输出变化的输入变化3.综合分析得到输入与输出间

5、的关系因素分析单项误差分析误差综合误差关系单击此处编辑母版标题样式(1).误差因素分析误差因素分析1.在过程前中后具有物理本质在过程前中后具有物理本质2.因素的原始误差值便于单独测定因素的原始误差值便于单独测定3.由该因素引起的误差值可以测量由该因素引起的误差值可以测量4.工艺过程考虑的因素不能重复工艺过程考虑的因素不能重复第9页与领域相关输入可测输出可测相互独立结合根据领域知识和理论知识，通过对工艺过程的分析，确定影响加工误差的因素，由于分析角度不同，将有多种误差因素的分析结果。单击此处编辑母版标题样式(2).单项误差分析单因素分析法分析法：用高层次分析法：用高层次前提：各因素之间相互独立前

6、提：各因素之间相互独立原理：只改变一个因素，保持其它因素不变，分析输出的变化原理：只改变一个因素，保持其它因素不变，分析输出的变化方法：分析法、实验法方法：分析法、实验法分析法：正确的理论来分析例子：镗孔加工刚度对形状误差的影响分析实验法：通过试验来分析例子：切削力经验公式的建立第10页单击此处编辑母版标题样式镗孔加工刚度对形状误差的影响分析已知：工艺系统的刚度是刀具回转角的函数分析：刚度对孔形状误差的影响切削深度变化与刚度的关系方法：理论（刚度、切削力）第11页 名义切削深度名义切削深度 切削深度变化切削深度变化单击此处编辑母版标题样式镗孔加工刚度对孔尺寸误差的影响分析分析同上。刚度对孔尺寸

7、误差的影响孔尺寸的变化与刚度的关系第12页 加工前孔尺寸误差加工前孔尺寸误差 加工后孔尺寸误差加工后孔尺寸误差要减小孔尺寸误差，提高孔尺寸精度：1.提高工艺系统的刚度2.控制毛坯孔尺寸的误差单击此处编辑母版标题样式切削力的理论公式根据材料力学原理，建立的切削力理论公式主切削力剪切应力切削厚度切削宽度剪切角前刀面与切屑间的摩擦角前角影响切削力的因素难以测量和控制单击此处编辑母版标题样式影响切削力的因素分析影响切削力的主要因素：1.工件材料、2.刀具角度、3.刀具磨损、4.切削用量、5.刀具材料、6.切削液等，影响关系错综复杂。剪切应力切削厚度切削宽度剪切角前刀面与切屑间的摩擦角前角1243624

8、51单击此处编辑母版标题样式实验方案设计通过实验测量出不同切削用量的切削力大小，从而建立切削用量与切削力的关系式，并假定以下条件：工件材料不变：针对某种工件材料，如工件材料不变：针对某种工件材料，如45#钢钢刀具不变：针对某种刀具结构和材料，不考虑磨损刀具不变：针对某种刀具结构和材料，不考虑磨损切削液的使用与否切削液的使用与否单因素法：1.仅改变切削用量2.材料/刀具不变单击此处编辑母版标题样式实验具体方案实验目的：建立切削用量（三个）与切削力之间的关系实验方案：单因素法，即只改变一个因素，保持另一两个因素不变，如第一组：保持切削深度和切削速度不变，只改变进给量的大小第一组：保持切削深度和切削

9、速度不变，只改变进给量的大小第二组：保持切削深度和进给量不变，只改变切削速度的大小第二组：保持切削深度和进给量不变，只改变切削速度的大小第三组：保持切削速度和进给量不变，只改变切削深度的大小第三组：保持切削速度和进给量不变，只改变切削深度的大小实验结果：第一组：相同切削深度和切削速度，不同进给量的切削力数据第一组：相同切削深度和切削速度，不同进给量的切削力数据第二组：相同切削深度和进给量，不同切削速度的切削力数据第二组：相同切削深度和进给量，不同切削速度的切削力数据第三组：相同切削速度和进给量，不同切削深度的大小第三组：相同切削速度和进给量，不同切削深度的大小单击此处编辑母版标题样式实验数据处

10、理以求切削深度ap与主切削力Fz的关系为例，说明实验数据处理的方法。设设ap为自变量为自变量x，取一系列，取一系列x值（值（x1,x2,xn）令令Fz为因变量为因变量y，测出一系例，测出一系例y值（值（y1,y2,yn）ap与与Fz的大致关系为：的大致关系为：Fz=Cap*ap Xfz已知已知x1,x2,xn和和y1,y2,yn，现要求，现要求Cap和和XFz采用对数坐标系：lgFz=lgCap+Xfzlgap令x=lgap，y=lgFz，a=lgCap，b=Xfz。则上式变为：y=a+bx线性回归方程现在的问题是a、b取什么值时，可使这条直线最逼近各实验点，即用这条直线来表示x与y之间的关系

11、使实验数据的误差最小。单击此处编辑母版标题样式切削用量与切削力的影响关系虽然对于所有的xi，若总误差越小，则意味着与所有实验点拟合得越好。由于误差有正负，不能用单纯的代数和来表示，应采用平方和作为总误差使Q等于最小的方法确定a和b最小二乘法。两边求导并等于0：得：单击此处编辑母版标题样式实验设计与数据分析简介单项误差实验分析方法实验实验/试验试验设计、数据分析设计、数据分析两种不同目的的实验两种不同目的的实验1.验证实验：通过实验来证明先验规律2.发现实验：通过实验数据的分析，发现新规律后，用理论来解释或更多实验来证伪或证明关于试验设计优化：用最少的实验次数获得最大的实验效果关于试验设计优化：

12、用最少的实验次数获得最大的实验效果代表方法：优选法代表方法：优选法、正交设计等、正交设计等关于数据分析：最小二乘法、回归分析、时间序列分析、小波分析、关于数据分析：最小二乘法、回归分析、时间序列分析、小波分析、数据聚类等数据聚类等第19页单击此处编辑母版标题样式(3).误差的合成加工误差的合成单项误差分析：单项输入因素对单项或多项输出的影响单项误差分析：单项输入因素对单项或多项输出的影响误差合成：所有输入因素对输出的影响误差合成：所有输入因素对输出的影响第20页系统T（灰箱）输出项1误差输出项2误差输出项n误差误差因素1误差因素2误差因素mIO误差因素1误差因素2误差因素m输出项1误差输出项2

13、误差输出项m误差单击此处编辑母版标题样式误差的合成误差合成问题第21页误差因素1误差因素2误差因素m输出项1误差1输出项1误差2输出项1误差m输出项1误差单项误差分析结果+误差合成建模问题单击此处编辑母版标题样式误差合成模型模型的建立：从机械加工的实践中来，并用符号加以表示采用不同的误差因素分类方法，就产生不同的误差合成模型五类误差的合成：五类误差的合成：主要原始误差合成：主要原始误差合成：第22页由各因素引起的单项加工误差的合成：1.系统误差用代数法相加；2.随机误差用方和根合成；3.系统误差和随机误差算术法相加单击此处编辑母版标题样式误差合成其它模型人工神经网络模型无法知道误差因素、单项误

14、差、总误差之间的关系无法知道误差因素、单项误差、总误差之间的关系第23页误差因素1误差因素2误差因素m误差项1误差项2误差项n输入输出模型设置网络结构网络模型学习训练数据准备测试数据准备网络模型测试网络模型应用单击此处编辑母版标题样式3.1 加工误差的统计分析本节内容1.加工误差统计分析法的意义加工误差统计分析法的意义2.随机误差的正态分布规律随机误差的正态分布规律3.尺寸预调整法原理尺寸预调整法原理4.统计检验法统计检验法均值均值-极差图极差图5.加工尺寸的其它几种概率分布加工尺寸的其它几种概率分布预期收获1.了解典型数学方法适用的问题类型了解典型数学方法适用的问题类型2.掌握数理统计在加工

15、误差分析与控制应用方法掌握数理统计在加工误差分析与控制应用方法3.结合工程实际应用数理统计方法结合工程实际应用数理统计方法第24页统计分析的目的误差的基本规律统计规律的应用误差的其它规律单击此处编辑母版标题样式加工误差的统计分析统计分析法统计分析：数据收集、整理、分析和推理，实验性科学统计分析：数据收集、整理、分析和推理，实验性科学基础理论：概率论、数理统计基础理论：概率论、数理统计几个问题对加工误差统计分析的目的是什么？对加工误差统计分析的目的是什么？统计分析方法适用于加工误差研究吗？统计分析方法适用于加工误差研究吗？统计分析与单项误差分析之间有什么关系？统计分析与单项误差分析之间有什么关系

16、？如何对加工误差进行统计分析？如何对加工误差进行统计分析？如何应用加工误差统计分析的结果？如何应用加工误差统计分析的结果？第25页单击此处编辑母版标题样式加工误差的统计分析几个问题的简要回答目的：掌握一批零件的加工误差的总体规律目的：掌握一批零件的加工误差的总体规律适用：存在影响加工误差的不确定性因素，具有随机性适用：存在影响加工误差的不确定性因素，具有随机性关系：单项误差分析计算主要针对确定性影响因素关系：单项误差分析计算主要针对确定性影响因素方法：对加工后的误差进行统计方法：对加工后的误差进行统计，找出其统计规律，找出其统计规律应用：加工前应用和过程中监控应用：加工前应用和过程中监控第26

17、页单击此处编辑母版标题样式常用数学方法的适用问题类型数学方法来源于实际，而高于实际，每种数学方法都有其适用的问题类型微积分：连续型、确定型微积分：连续型、确定型集合论：离散型、确定型集合论：离散型、确定型概率论：不确定型、随机性概率论：不确定型、随机性模糊论：模糊型模糊论：模糊型线性代数：向量空间型线性代数：向量空间型混沌理论：貌似随机，实质确定，依赖初始条件，长期不可预测的系混沌理论：貌似随机，实质确定，依赖初始条件，长期不可预测的系统问题统问题第27页单击此处编辑母版标题样式概率论和数理统计确定性、不确定性、随机性离散型（掷硬币）、连续型（加工尺寸）离散型（掷硬币）、连续型（加工尺寸）个体

18、和群体个体和群体数理统计及其应用目的：找出基本规律，用于控制决策目的：找出基本规律，用于控制决策方法：从现有大量的个体数据中找出总体规律方法：从现有大量的个体数据中找出总体规律应用：用总体规律预测某个体的可能结果应用：用总体规律预测某个体的可能结果理论：概率论理论：概率论表现：用一个数值或函数来反映可能的结果表现：用一个数值或函数来反映可能的结果第28页大数定律：在随机事件的大量重复出现中，往往呈现几乎必然的规律单击此处编辑母版标题样式加工误差的统计规律对一个零件的加工误差而言对一大批零件的加工误差而言随机变量服从正态分布的表征第29页系统误差（有规律）随机误差（无规律）加工误差（无规律）系统

19、误差（有规律）随机误差（有规律）加工误差（有规律）1.平均值为确定值2.方差为确定值3.随机误差有规律单击此处编辑母版标题样式加工误差服从正态分布的物理意义第30页一大批零件加工尺寸的平均值为确定值零件实际尺寸偏离平均值的程度为确定值加工后零件尺寸为X的概率平均值两边3范围的可能性(6质量管理的依据)单击此处编辑母版标题样式加工误差统计规律的应用统计规律应用规律：加工后工件尺寸的误差分布规律，属于事后统计规律：加工后工件尺寸的误差分布规律，属于事后统计目标：事前如何控制，以保证事后服从统计规律目标：事前如何控制，以保证事后服从统计规律过程：调整法加工（试切样组、调整、批量加工）过程：调整法加工

20、（试切样组、调整、批量加工）数理统计的定理：正态总体统计量的分布定理设大样本服从正态分布设大样本服从正态分布则子样本的平均值则子样本的平均值 服从正态分布服从正态分布第31页单击此处编辑母版标题样式加工误差统计规律的应用总体统计量分布定理与调整法加工大样本大样本N子样本子样本m第32页某机床大周期内加工工件尺寸总样本N某机床试切工件m（子样本）大样本服从正态分布子样均值服从正态分布单击此处编辑母版标题样式加工误差统计规律的应用总样本和子样本平均尺寸分布已知试切样本的平均值，根据统计规律确定其尺寸可能分布第33页平均尺寸子样最小平均尺寸子样最大平均尺寸最大尺寸最小尺寸试切平均尺寸子样最小平均尺寸

21、子样最大平均尺寸最大尺寸最小尺寸单击此处编辑母版标题样式加工误差统计规律的应用试切加工m个工件，其平均值为若加工随机误差服从正态分布则今后所有工件的尺寸以 为中心的分布范围为试切m个工件，平均尺寸控制在A1A2之间第34页单击此处编辑母版标题样式加工误差统计规律的应用工艺能力系数：机床工艺调整能力满足公差要求的程度物理意义：最大的尺寸可能分布范围要小于公差第35页Cp一般不超过1.67m一般小于10单击此处编辑母版标题样式加工过程中的控制试切样组平均尺寸的控制：A1A2加工过程抽样平均尺寸的监测：平均尺寸的极限点E和D第36页单击此处编辑母版标题样式本章内容小结第37页事后事后事后事后误差分析

22、误差分析误差分析误差分析目标目标目标目标减小误差减小误差减小误差减小误差源头源头源头源头影响因素影响因素影响因素影响因素方法方法方法方法单因素分析单因素分析单因素分析单因素分析引起引起理论理论理论理论概率概率概率概率/数理统计数理统计数理统计数理统计规律规律目标目标目标目标提高精度提高精度提高精度提高精度转转换换方方法法对象对象对象对象机械加工机械加工机械加工机械加工环节环节环节环节因素分析因素分析因素分析因素分析分分类类因素对误差因素对误差因素对误差因素对误差的影响关系的影响关系的影响关系的影响关系事中事中事中事中误差监控误差监控误差监控误差监控得到得到加工前加工前加工前加工前预先调整预先调整预先调整预先调整应用应用得到得到规律规律规律规律正态分布等正态分布等正态分布等正态分布等应应用用目目标标控制系统误差控制随机误差