专利名称：零件加工尺寸分布动态趋势模型建模方法
技术领域：
本发明涉及建模方法，更具体地说是零件加工过程中加工尺寸预测、废品控制的零件加工尺寸分布动态趋势模型的建模方法。
背景技术：
在机械零件的制造过程中存在着一系列影响加工精度的随机性因素和系统性因素。这些影响因素对制造零件的共同作用的结果将使零件加工后的质量参数中含有加工误差和测量误差，并形成一定的分布。事实上，无论是加工系统还是测量系统都处在动态变化过程中，使得加工误差和测量误差的分布具有动态时变特性，最终使零件质量参数的分布成为动态变化的。这些动态的质量参数若在规定的质量指标范围内，则称为合格品，否则称其为废品。零废品加工的目的就是将零件的动态质量参数分布范围限制在零件的质量指标范围内(即公差带内)，从概率的角度考虑就是要使加工后的零件质量参数超出质量指标范围的概率任意小。
机械零件的加工精度是最基本也是最重要的质量特性。要保证加工精度，必须了解和掌握影响加工精度的因素及其加工精度的变化规律，以便采取相应的质量控制措施。很久以来，人们对影响加工精度因素的研究已经有了相当程度的认识和了解，而对加工精度变化规律的研究往往局限在静态的统计分析上。但事实上影响加工精度的诸多因素都是在动态变化的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是避免上述现有技术中所存在的不足之处，从动态角度来研究加工精度的变化规律，提供一种零件加工尺寸分布动态趋势模型建模方法。所建模型可用于分析加工和测量过程中的精度损失情况，影响加工精度的动态变化因素，以便预测加工过程出现废品的可能，从而有针对性地改进加工系统，合理选择测量系统，提高生产效率。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是本发明的技术特点是将零件加工尺寸瞬时分布的均值、标准差随着时间变化的趋势用三维分布图形表达，所述三维分布图是由零件加工尺寸瞬时二维分布随时间轴延伸到三维构成。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在，以本发明方法建立的动态趋势模型直观地反映了零件加工尺寸的动态分布情况，可用于分析零件加工和测量过程中的精度损失情况，及影响加工精度的动态变化因素，以便预测加工过程出现废品的可能与时间，有针对性地改进加工系统，合理选择测量系统，提高生产效率。
图面说明
图1为本发明方法建立的零件加工尺寸不同时刻的瞬时分布图。
图2为零件加工尺寸的动态趋势模型。
图3零件加工尺寸均值随时间变化曲线。
图4零件加工尺寸标准差随时间变化曲线。
图5为以本发明方法建立的轴承加工尺寸动态趋势模型。
图6为轴承测量尺寸分布范围。
从图3中可以看出，零件加工尺寸均值变化可分为三个阶段第一阶段是刀具初期磨损阶段，刀具磨损很猛烈，主要是刀具的切削刃磨合，加工尺寸均值变化也快；第二阶段为刀具正常磨损阶段，均值变化曲线呈线性，为与横轴成某一γ角度的斜线。这一阶段时间最长，这正好是刀具正常工作的时间，而且磨损量是时间的线性函数。第三阶段是刀具剧烈的破坏性磨损阶段，这一阶段刀具已不能正常工作，零件加工尺寸均值会急剧变化，从而成为废品，因此在此之前必须重新刃磨刀具。
图4给出的是在调定的机床上加工零件尺寸的分散度曲线，表示在均值不发生变化时零件加工尺寸分布的置信区间变化。它反映了由刀具的磨合或磨钝、切削力的增加等引起的分散度均匀变化情况。
当存在影响加工精度的动态变化因素时，零件加工尺寸平均值和标准差将因此发生改变，式(1)、(2)就是这一因果关系的数学描述。
μp(t)=1mΣi=1mxi-------(1)]]>σp(t)=1mΣi=1m[xi-μp(t)]2--------(2)]]>其中μp(t)为零件加工尺寸平均值，
σp(t)为零件加工尺寸标准差，m为零件数，xi为第i个零件的加工尺寸零件加工尺寸瞬时分布随着时间变化的三维分布函数表示为 其中p(x，t)为零件加工尺寸分布的概率密度函数μp(t)为零件加工尺寸平均值，σp(t)为零件加工尺寸标准差，m为零件数，xi为零件加工尺寸。
根据上式即可得到零件加工尺寸不同时刻的瞬时分布图如图1所示，以及如图2所示的动态趋势模型。是将零件加工尺寸瞬时分布的均值、标准差随着时间变化的趋势用三维分布图形来表达，图2所示的三维分布图是由零件加工尺寸瞬时二维分布随时间轴延伸到三维而构成，即该图某时间截面的二维图形表示该时刻的瞬时分布。
具体实施中，变化趋势的特征值经测量得出。
以合肥轴承厂大批量生产的某轴承精磨工序为例(该工序图纸要求尺寸为φ40-0.01200。)，对带主动量仪的数控磨床上磨削轴承内环内径尺寸的动态分布进行测量。
1、测试方案在合肥轴承厂磨削车间精磨工序选定一台磨床，该磨床为无锡机床厂生产的MZ208全自动内圆磨床。磨床上配置了无锡量具刃具厂生产的MCK-1C型自动测量控制仪。采用两点测量法，传感器测量信号经数据处理后送往机床的控制系统，控制系统对执行机构发出控制信号，执行机构通过刀具相对工件的运动实现对工件的加工。对轴承内圈内径的离线测量在天水轴承仪器厂生产的D923A型轴承检测仪(规格为17-100mm)上进行。对内圆直径的测量采用三点测量法。
2、测试数据处理根据测量所得数据，通过对数据进行处理，建立加工过程中的加工测量尺寸分布的动态趋势模型。在测量和加工中，加工和测量尺寸是一个随机正态过程且不能得到重复的多个样本，通过对机械加工过程的分析知其分布参数在较短的时间内变化应很小可忽略，故可用一段时间内的尺寸参数统计量作为该段时间内的分布参数，为保证其可行性，应先对该时间段内的测量数据分布进行正态性检验。对于每一个轴承内环内径其直径应为φim=15Σn=15φinm,------(4)]]>式中，i＝1，2，...，50，表示在同一采样时间段内零件的测量及加工顺序数；m表示采样时间段的序数；则φinm表示第m个采样时间段内用扭簧比较仪测得的第i个工件的在测量点n的测量值，则这个工件的直径φim取5点测量值的平均值。
因在两工件的加工间隙有可能对主动量仪进行了调整，因操作工的调整量凭借其经验进行，或正或负，或大或小。在数据处理过程中将其作为引入的系统误差进行修正，修正后的轴承内环内径的直径为φim=15Σn=15φinm+Σl=1iaim,------(5)]]>其中aim表示第m个采样时间段在加工第i个工件前对主动量仪的调整量。
对于同一采样时间段内的测量值，须对该组数据分布进行正态性检验。再进行统计分析，得其在这一采样时间段内尺寸分布的方差σ及期望UUm=150Σi=150φim′-----(6)]]>σm=149Σi=150(φim′-Um)2--------(7)]]>式中m表示的意义同上。
据此可得零件尺寸的三维分布如图5所示。图6为零件测量尺寸的分布范围示意图，其中曲线1和2分别为尺寸分布的上下限，其大小分别为ui±3σi。
从图6中可看出，因主动量仪测爪磨损及测量精度和磨床进给系统的进给精度的变化而导致零件的尺寸分布也随加工的进行而不断变化。
权利要求
1.零件加工尺寸分布动态趋势模型建模方法，其特征是将零件加工尺寸瞬时分布的均值、标准差随着时间变化的趋势用三维分布图形表达，所述三维分布图是由零件加工尺寸瞬时二维分布随时间轴延伸到三维构成。
2.根据权利要求1所述的零件加工尺寸分布动态趋势模型建模方法，其特征是变化趋势的特征值经测量得出。
全文摘要
零件加工尺寸分布动态趋势模型建模方法，其特征是将零件加工尺寸瞬时分布的均值、标准差随着时间变化的趋势用三维分布图形表达，所述三维分布图是由零件加工尺寸瞬时二维分布随时间轴延伸到三维构成。以本发明方法建立的动态趋势模型直观地反映了零件加工尺寸的动态分布情况，可用于分析零件加工和测量过程中的精度损失情况，及影响加工精度的动态变化因素，以便预测加工过程出现废品的可能与时间，有针对性地改进加工系统，合理选择测量系统，提高生产效率。
文档编号G06T17/05GK1536534SQ0311313
公开日2004年10月13日 申请日期2003年4月7日 优先权日2003年4月7日
发明者费业泰, 金施群, 亓四华, 胡鹏浩, 孙健 申请人:合肥工业大学