实验三 工序质量分析实验
一、实验目的与要求
1. 了解工序质量控制的基本概念，认识工序质量控制的目的和意义；
2. 了解实现零件关键尺寸工序质量控制所需的一种常用硬件设备，认识统计控制软件的几项基本功能——直方图、控制图、工序能力系数Cp、Cpk值的意义； 3. 通过连续加工某工序某轴销零件的实例，在对该零件加工工艺、设备背景有初步了解的基础上，模拟生产线上抽样零件的过程，运用数字化检测工具，完成该零件一系列的检测作业操作，被检测零件的质量数据将自动输入计算机； 4. 初步学习工序质量控制（SPC）软件的运用，对产品加工过程的质量变化情况进行初步分析，并尝试提出一些改进措施。
二、实验原理与方法
1、工序质量控制的概念
机械制造行业中的“工序质量控制”， 又称为“统计过程控制”即SPC（Statistical Process Control），是指利用数理统计的方法，对生产工艺过程的各个阶段进行的监测与控制。 加工工艺过程中产品零件尺寸出现误差的原因，一般是由正常的随机因素和某些系统误差因素（如刀具磨损、机床热变形等）引起的。通过对工序零件质量检测数据的统计处理，绘制并分析“控制图”、“直方图”、计算“过程能力系数（”或“工序能力系数”）Cp、Cpk值等??，即通常所称的SPC方法。该方法一方面可以评定工序保证质量的能力，同时，还可以一定程度预报产品质量变化的趋势，鉴别产生误差的原因，以便提出改进的措施，达到最终保证与改进产品质量的目的。
2、用于工序质量控制的主要分析工具 1）直方图
直方图也叫质量分布图，它是将测量所得的一批质量特性值数据（如零件尺寸偏差的测量值等）首先按大小顺序排列，并将它划分为若干区间，然后统计各区间数据出现的频数，再以这些频数为矩形的高来表示质量特性值数据分布状态的图表。 2） 控制图
控制图是用来分析和判断工序是否处于稳定状态的一种图形工具，它通过监测工艺过程
中的质量波动情况，判断并发现工艺过程中的异常因素，具有稳定生产、保证质量、预防废 品产生的作用，它已成为大批量生产中统计过程控制的主要方法。 3） 过程能力与过程能力指数
过程能力（或工序能力）是指工艺过程处于正常或受控状态时，加工产品的能力。通常以产品质量特性数据分布的6倍总体分布标准偏差?表示，正如前面已经提到的在
??3? 范围内包含全部质量数据的99.73%，能够充分反映质量处于受控状态。为了计算
和统计的方便，用样本标准偏差S近似估计?。
S
??(Xj?X)2j?1KK?1过程能力指数是加工质量标准（通常就是公差T）与过程能力的比值，用符号Cp表示： Cp?T/6S?(TU－TL)/6S
过程能力指数客观且定量地反映了过程能力满足质量标准的程度，它与过程的加工精度和加工成本直接相关。
三、实验内容与数据处理
1、实验仪器介绍
检查曲柄销零件所使用的检具为D913型轴承检查仪，主要功能用于测量圆柱形零件的外径。该仪器工作台尺寸为160×160mm，测量外径的范围为?30～?120mm，测量高度范围为8～60mm。在仪器上方?28的套筒内装上B531型电子数显千分表，该表的输出端带有RS232输出接口，可以和PC计算机主机连接，接受数显千分表测得的数据。 2、测量工件
曲柄销材料为20CrMo钢，其热处理工艺要求为，渗碳深度为0.8～1.2mm，淬火至硬
0.009度HRC60～65。外圆最终尺寸为?30??0.003，成品包装之前，按照规定要求以3微米的间隔
为一个组别，对曲柄销零件通过尺寸检验分组包装，以利于今后的装配。 本实验的内容是取其中的第4道粗磨工序的质量进行监测。即为了达到图1零件直径尺寸公差
0.009该粗磨工序允许的尺?30??0.003最终的技术要求，
寸公差范围也必须加以限制，本例工艺文件规定允许的公差范围为?30.350?0.05，以保证必要的精磨余量如图所示。 3、实验方法和步骤
（1）阅读相关内容，听取实验指导教师的讲解，明确实验的目的、方法和步骤； （2）搭建测量平台。将数字千分表装在测微台的正确位置上并固定，被将被测零件置于被测位置。确定系统的硬件系统连接正确，接通计算机，确认系统的软件和硬件能够进行有效通信，即系统能够采集零件的数据信息；
（3）明确被测零件在工序2粗磨过程中如何进行抽样。零件每个样本有n＝5件，共K＝20组。抽样的零件零件分别装入A、B、C、??零件盒中。现以A盒为例，内装有n?K＝5?20＝100个零件。按照加工顺序已事先对每个零件编号。例如第一个零件的编号为Ａ０１－０１，第２个零件为Ａ０１－０２，第５个零件的编号为Ａ０１－０５，这是第一个样本组的
５个零件的编号（ｎ＝５，Ｋ＝１）；接下来是第２个样本组（Ｋ＝２）的５个零件的编号顺次为Ａ０２－０１、Ａ０２－０２、??依此类推。实验时，按此顺序依次进行测量。 （4）为了测量出准确的零件尺寸值，必须在测量之前，使用标定件（基准零件）对测量系统进行标定。标定过程的具体操作为，将标定尺寸输入计算机相应的栏目内（图22），然后把标定件放在测测量位置，等读数稳定后按下数字千分表表面上的“清零”按钮，使数字千分表清零。当换上待测的其它零件时，数字千分表上的读数将是该零件相对于标定零件的偏差值，计算机会自动将该偏差值与标定件的精确值相加，这样就得到该被测量零件的实际值。 （5）输入被测量质量特性的基本信息并进行相应分析。其步骤如下：
①设置串口号：在本系统中,默认值为com1
②参数设置：即对本次操作的标准件尺寸以及参考尺寸的设置
③由于输入的数据较多,故采用自动输入的方式,为此在自动输入之前先设置工位信息的设置;设置好工位信息的各项属性;对本次检测工件允许的上偏差与下偏差尺寸可自定义设置,本例中设?30.350?0.05mm，即上偏差为0，下偏差为50μm,其它自行定义. ④添加成功后,返回主界面,点击主界面上的[开始接收]按钮,系统开始收集由千分表传送来的数据;
⑤将工件置于被测位置,等数据传送至计算机后,再取零件; ⑥传输完成后(本例共80个),点击[停止接收]按钮,终止接收数据;
⑦此时,数据显示区内显示所传输的数据,点击控制图,直方图可以显示所绘制的图形;点击能力分析时,可观测到Cp、Cpk值以及各项指数参数,点击评定按钮可对本班次零件作出评语;
⑧若需要打印本次数据,则可点击[打印报表]按钮进行打印;
⑨完成本次实验后,不需要保存的话,可点击[清空数据](注意清空数据时请仔细看班次选项,是否是需要删除的选项)进行删除所选项的操作; ⑩完成后,需要退出系统,点击界面上的[退出]即可; 4、实验数据与处理结果
由软件根据采集的数据自动生成直方图、控制图，得出过程能力与过程能力指数。结果如下：
四、思考题
1、为什么在数据采集之前，首先要使用标定件（基准零件）对测量系统进行标定？ 2、实验所得的直方图属于何种类型？试对结果进行分析并讨论可能产生的原因。 3、根据实验所得的过程能力与过程能力系数，采用哪些措施可提高质量管理能力？