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GB／T 40804-2021 金属切削机床加工过程的短期能力评估.pdf表1短期能力参数推荐值
采用在线测量控制时，应规定控制算法的操作约定限制。如，公差范围留有10%20%的安全余 量。在此情况下，如所有值均在公差范围内，就验证了短期能力。 粗糙度值通常变化不大。因此，足以确信超出公差的可能性不大。在此情况下，在公差范围内留有 0%的安全余量足够了。由于工件表面测量区域不同位置对粗糙度值影响较大，建议在某些工件不同 区域进行重复测量，必要的话，计算测量值的平均值。 对于单边公差的特性应仅通过其有偏移的参数进行评估。C或Rv.中哪一个用于验收的问题应 由制造厂/供应商与用户商定。 对于其他特殊过程和特性，特性值的相关问题制造厂/供应商与用户应针对每种情况达成一致， 如，多主轴机床同时加工个工件，或用几个相同的夹紧单元，可以采用标准偏差评估值。计算C。值 参见公式（6）。每个主轴或设备所测数值的个数应是每组数值个数的整数倍，以避免混淆每个主轴或 夹紧单元的测量结果。这个程序类似于单独评估每个主轴或夹紧单元的工件。此外，所有工件计算所 得的短期极差值Rv.s，应在限制范围内，以确保全部工件在公差之内。如这两个条件不能满足，每个主 或夹紧单元应分别检验导找各自的原因。根据调查的夹紧单元的数量和加工一个工件的负载情况， 用2个～3个试件在每个夹紧单元进行调试运行以确定工件接触表面的分布和设定是有效的。然后可 以从一个夹紧装置上取下预定评估的试件。 由于热漂移引起的最大允许偏移取决于加工方法、机床的规格、生产和环境条件。在预热阶段热漂 移引起的偏移预期能达到40um/h36 6.3所听 常这个偏移对于机床进行短期能力测试来说是 饮要的。因此，只有在个别情况 订协商达成共识
调整运行的目的是将过程调整到目标值（或优选值或参考值）。目标值可以等于双边公差的中间 单边公差零位限制的零。A.3显示剩余公差设定的效果。如平均值不在公差带中间，可用于生产 余公差范围将受限。例如，平均值偏离了公差的1/4且C要求为1.67QC/T 866-2011 内六角花形半沉头螺钉，剩余6s范围（近似的最大
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许范围）仅是公差的30%。 按照设定值调整过程的准确程度，相对其他因素，主要取决于所涉及的工作量以及平均值位置对于 每种情况的重要性。如，虽然在原理上可能没有任何问题，但是可以预测调整平均值在公差带中间是耗 时的，此时将过程设置为平均值仅粗略地在公差带的中间且仅满足短期能力指数C，或短期极差值 RV.作为验收标准是有益的。 毛坏应按要求的质量供应，并应达到车间的环境温度。最好不要使用新的未涂层的切削刀具，否则 会产生很高的初期磨损。除了对工件尺寸的影响，这样高的初期磨损大大增加了切削力。基于这个原 因，如使用新的未涂层的切削刀具，在调整运行前应进行适当的切削， 如评估热漂移引起的偏移，还应确定力具磨损引起的偏移。这可以根据以前在类似切削条件下的 经验预先确定，也可以用光学显微镜或触针式测量仪测量。既然力具并不是在辑新条件下使用，一般情 况下，假设刀具磨损是线性的并在验收测试之前和之后进行测量就足够了。如果在验收测试中知道刀 具寿命远大于使用工艺参数进 具磨损评估可以取消
由于任何加工方法和加工周期的变化都会影响加工并导致实际的加工运行状况失真，工件加工应 按顺序连续进行，不能中断。可以记录加工过程中的干扰因素，如地基（地面)的振动、温度的变化和机 床的振动，以便日后对测量数据进行解释和必要时重新进行试验。 如果机床具备测量控制和偏移补偿功能，这些应包括在短期能力测试中。也就是，机床不应在非控 制状态下进行测试。在评估时，应考虑到特性如具有与正态分布不同的分布函数，这时应计算短期极差 值而不是短期能力指数
应根据特性公差，对测量设备、测量环境（空调测量房间，车间）和测量方法提出要求。测量人员应 是有资质的人员。测量设备和工件的温度应与测量环境的温度一致。 每次检测形状公差，应考虑试件的表面质量，因为很容易将粗糙度的问题误认为形状误差。 测量设备应有足够高的分辨力，宜符合以下条件：分辨力≤0.03T，T是被测特性的公差。 短期能力评估采用的测量设备应经过短期能力评估测试系统验证是否适用。在不变的条件下测量 个测量标准50次随后计算测量设备的标准偏差S。。测量标准可以是样品工件。如没有符合精度要 求的样品工件，也可以使用通常生产条件下生产的工件。测量应在不变和重复的条件下进行。测量设 备的标准偏差应符合要求：6s。≤0.15T或s.≤2.5%T，式中T是被测特性的公差。 符合此要求意味着由于测量设备的标准偏差导致短期能力指数变差的影响足够小（对于C。=1.0 时小于1.1%，对于C，=2.00时小于4.2%）因此可以忽略不计。如不满足此要求，测量设备不可以用于 短期能力测试，因为测量结果可能不准确（见A.4）。用测量设备相关的标准偏差值来降低过程相关的 标准偏差不是一种修正结果的合适方法，国 如评估有偏移的参数，测量 应小于或等于公差的10%
短期能力评估的统计分析不应只包括短期能力指数的计算，而应分析过程的偏移、离群值、稳定性、 殊过程的状况以及与正态分布的符合程度（对于C，和C值）。商用统计软件可提供图形显示[如单 直控制图（见ISO8258）、直方图和概率图」和计算适当的统计参数，对评估会有很大的帮助。分析时的 算顺序见附录C中提供的表格，分析过程演示参见附录D的实例 主要分析步骤如图2所示。测量系统短期能力验证是对短期能力进行有效评估的先决条件。 在了解过程的基础上，通过单值控制图，决定是否对一个特殊过程或特性进行评估。这包括，例如
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一个测量控制的内容，不可调刀具，多轴机床或粗糙度值等。如果是一个特殊的过程或特性，6.7.2中描 述的偏移修正可不进行
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由于短期能力指数计算总是使用标准偏差的估计值[见公式（14)和公式（15)]。在标准偏差计 由于分组所产生的小偏移可以忽略。然而，有一点不能排除，由于偏移，平均值可能超过允许的控 围。所以在有疑问的情况下，可以进行偏移修正。在偏移很大的情况下，可进行偏移修正，分别评 亥过程相关的测量特性的偏移和分散性。修正测量数据采用公式（2)和公式（3)：
式中： Ti.T 第i次偏移修正后的测量值； i 第i次测量值（未偏移修正）； aXtot.w——每个工件的总偏移。 其中Xot.w的计算公式如下：
i,T 第i讠次偏移修正后的测量值： i 一第i次测量值（未偏移修正）： Xteot.W——每个工件的总偏移。 其中Xm的计算公式如下：
oXtot.w oX tot
如进行了偏移修正，后续的计算应采用偏移修正数据。极差R、平均值和标准偏差估计值（每 组5次测量）按公式（4）～公式（7）计算：
其中的计算公式如下！
注：公式（6)中的常数0.94是针对5个一组的情况，如3个一组，公式（6)中的常数就是0.89
rmax>r+3.34· 如有一个离群值存在，在排除这个 新的离群值试验。在有2个或更多离 情况下，应找出原因并重复进行短期能力试验，因为过程已明显处于非控制状态下。如只有一个 直，应考虑是排除这个离群值进行运算处理还是重新进行整个短期能力试验 6.7.4过程的稳定性 B/T40804—2021/ISO26303:2012 式中： 一一根据公式（5）得到的平均值； 。一一根据公式（6）得到的标准偏差估计值。 另外，如超出控制范围，应找出原因并重新进行试验。如不稳定性无法改善，不应再进行短期能力 指数计算。在此情况下，根据制造厂/供应商与用户之间的协议，只有短期极差值可作为验收标准， 应计算制造厂/供应商与用户在验收试验前商定的特性值。表1（见6.2)和协议表（见附录B)中给 出了推荐值。计算如公式（14）～公式（18）所示： 短期能力指数： （如果协商一致）热漂移产生的偏移： T 被测特性的公差； 根据公式（6)得出的标准偏差的估计值； x 总数的平均值，n是测量数，通常n=50； 22 Us. 上规范限； Lsl. 下规范限； Xtot.T 根据6.7.2得出的测量数据的总偏移； 6X 根据6.7.2得出的由刀具磨损产生的偏移 6.7.5.2单边公差特性 对于单边公差特性，短期能力指数 收和短期极差值的计算要考虑平均值和公差下限或上限。有偏移 参数的计算类似于双边公差特性的计算步骤，但应区分以下情况： a）上限公差特性： 6.7.5.3表面粗糙度值 对于表面粗糙度值，根据ISO4288应用16%原则： 每个工件至少进行2次粗糙度测量，任何实测 值如超出上限或下限公差都可忽略不计，但超差值的数量应不大于测量数据的16%（如，总数为50的 3次测量）；短期极差值（或短期能力指数）的评估应按剩余的粗糙度实测值进行评估。 对于表面粗糙度值.推荐采用短期极差值 7影响短期能力评估的因素 式的直接影响情况下，金属切削机床加工过程短期能力评估的主要问题就是各种外部影响因素增大了 口工不确定性。表2列出了最相关的因素，7.2～7.4对此做了更详细的说明。 除车间温度变化等环境影响外，工艺参数和刀具磨损也会直接影响加工精度。由于刀具磨损使切 削力增大而产生的偏移，可能会导致额外的测量偏差。毛坏的尺寸变化及夹紧不当也会对加工精度产 生负面影响 机床的工作精度取决于机床的几何、静态、动态和热特性。机床短期能力通常应与用工艺参数定 B/T40804—2021/ISO26303:2012 的加工负荷、公差要求和加工时间相关联。 内、外部热源和切削区中的加工热量会导致工作点处产生热弹性变形。这些变形的大小取决于工 艺参数、工艺条件（无润滑或有润滑）和机床的热状态（预热阶段或热平衡的操作阶段）。热位移作为时 间的函数，在预热阶段可通过指数函数方程（23）近似得出： 根据类型和尺寸，金属切削机床的热时间常数在20min～6h之间，最天位移△.cmx为儿微米~ 00um之间。如果验收测试是在热平衡阶段进行的，则根据机床的情况，预热时间大致为40min~ 2h，以确保机床的位移达到最大位移的85%。另外，在预热阶段由于热漂移预计有5μm/h~ um/h的偏移。 符合本标准的机床通常用于大批量生产。在三班制工作的情况下，机床处于热平衡状态，并且预热 个段的热漂移只表现为在每周开始时的调整频率增加，这可以通过统计过程控制方法进行控制。因此， 页热阶段的热漂移对于短期能力研究来说不是很重要 注：关于环境热条件对切削机床加工精度影响的系统研究表明，由于环境温度的变化导致的切削点的位移在 0.5μm/℃和8um/℃之间，预计延迟时间（即温度变化和产生位移之间的时间）为0.5h~5h。 表2影响短期能力评估的因素 7.3测量不确定度的影响 偏差文取决 量设备（例如，一个量规）的标准偏差。从A.4可以看到，当测量设备的标准偏差S。是实际过程标 08042021/ISO26303: 偏差Sact的60%时，实际性能指数Cact=2.00被测量散射降低至C。=1.71。这个例子证明了测量短期能 力作为测量设备应用的先决条件的重要性（见6.6）。 A.4还包括了对测量设备标准偏差5g提出要求的原因，即：6·Sg≤0.15·T，T是待测性能指标的 公差。 统计评估的类型和方法也会影响短期能力评估结果。 件的加工精度来预测大批量生产 存在不确定性。需要强调的是，在对金属切削机床加工过程进行评估时确定的短期能力指数仅仅是对 实际过程能力的评估。举例来说，如50次测量测得短期能力指数C。三1.67，在基于置信水平为95% 见A.5)和假设特性值为正态分布的情况下，实际能力指数基本分布在1.39和1.95之间。因此，能力 指数C（置信水平95%）的不确定度U是土0.28 在验收试验时短期能力指数的测定通常采用小批量样品，因此一般不同于相同过程的长期能力指 数，长期能力指数样本容量很大，例如，儿周的生产。这意味着满足C，≥1.67的要求不仅需要将公差缩 小40%（公差范围内的10倍标准偏差范围），而且为顺利完成验收试验而力求公差在更小的范围内 A.1中心分布和偏移分布之间的关系 有偏移的短期能力指数C考虑了平均值的位置[见图A.1a)1 B/T40804—2021/ISO26303:2012 情况下，公式（A.1)和公式（A.2)适用于正态分布 力指数（正态分布情况下） 式中： Cs 短期能力指数： A 公差； 图A.1正态分布特性值的短期能力定义 0804—2021/ISO26303. 对50个工件评估得出的特性值的标准偏差[参见公式（A.3)]。 有偏移的短期能力指数（正态分布情况下）： 有偏移的短期能力指数； 平均值； LSL. 下规范限； UsL 上规范限； 对50个工件评估得出的特性值的标准偏差[参见公式（A.3)]。 样本的标准偏差（样本容量为n）： ..................A..3 用和s定义的偏移分布[见图A.1a)]，相关参数计算见公式（A.4)和公式（A.5） 偏移分布的偏移率： 假设正态分布，短期能力指数为1.0表示所有在规定公差内的特性值是总体的99.73%（见 图A.1）。出于时间和成本的原因，进行短期能力评估通常基于少量加工零件（在本标准中为50）。因 此，所确定的短期能力指数只是对加工过程的真实短期能力的估计。为了弥补这种统计上的不确定性， 在以后的大批量生产中，需要更高的短期能力指数。例如，C。>1.33或C。>1.67。从图A.1c)可以看 出，这意味着不仅6倍标准偏差应在规定的公差内，甚至8倍或更多倍的标准偏差也应在规定的公 差内。 图A.1b)举例说明了增加短期能力指数的影响，即在规定公差内合格区的减少。如果分布偏离规 定公差的中心，则C合格区会进一步减小 A.2短期极差值R、和标准偏差之间的相关 图A2亚小基于样本 斯分布的情况下，当样本容量为50个工件时，6倍的标准偏差大于1.33倍的极差。另一方面，这意味看 短期极差值Rv.s为45%等同于C，为1.67。该示例只能说明短期能力指数与短期极差值之间的大小对 比关系，因为短期极差值只能推荐用于非正态分布的值 B/T40804—2021/ISO26303:2012 A.3不在公差带中间的平均值 图A.2正态分布特性值的比较 一般情况下，根据5个工件的生产情况，设定调整量以检验平均值与公差极限之间的临界距离 △X。是否满足条件：△X≥0.45·T。 对于具有双侧公差的值，这等于5%的偏移量。如果短期能力指数C.为1.67（见图A.3），则与公差 （T)有关的6倍标准偏差（6s）范围将从60%减少到54%，如果根据调整量得到的平均值在△X。的范 围之外，则应根据6s和T的比值重新设置过程，并重复该测试。否则，在调整产品的测量过程中，只要 生产过程没有中断太长时间，制造的工件可能已经计人验收工件 GB/T40804—2021/IS026303:2012 A.4测量不确定度和短期能力指数 图A.3平均值不在公差带中间（平均值的偏移）的影响 用测量设备的标准偏差表示的测量不确定度s。直接影响短期能力指数，如图A.4所示。 图A.4测量设备的标准偏差引起能力指数的改变 显然，随着工艺的持续改进和公差变小，对测量设备与过程标准偏差的相关要求可以不再满足。 味着对于短期能力，仅需要参考工件的公差。根据图A.5中的直线6sg0.15Tmin对于给定的测量 B/T40804—2021/ISO26303:2012 A.5置信水平和样本容 图A.6显示了能力指数的置信水平取决于样本容量。 图A.5测量设备的标准偏差和最小公差 图A.6假定特性值正态分布的置信水平和样本 GB/T40804—2021/ISO26303:2012 A.6分布类型和能力指数评估 图A.7使用50个测量值举例说明了分布类型的选择问题。如带有密度函数的直方图所示，三种分 布模型（见正态分布，对数正态分布和威布尔分布)是高度近似的。这可以通过测量数据与计算分布函 数得到的小而相似的平均偏差来证实。但是，短期能力指数相差却很大。当C。值在1.51和1.88之间 时，计算出的C值为0.67~1.47 图A.7所选分布类型的影响 附录B （规范性附录） 协议表 验收试验前，制造厂/供应商与用户应签订协议，相关的协议表格见表B.1. B/T40804—2021/ISO26303:2012 GB/T 24507-2020 浸渍纸层压实木复合地板GB/T40804—2021/ISO26303:2012表B.1（续）协议表2/4一般信息毛还材料、热处理、表面、硬度、强度、允许的公差、夹具公差等测试条件机床夹具的安装异常负载（例如由周围生产引起的振动）检测期间环境温度的最大变化；推荐极限值：试验期间温度变化在土3℃以内评估期间最大温度梯度；推荐：最大值为十2℃/h或一2℃/h特性序号特性描述公称尺寸单位12345670022 GB/T40804—2021/ISO26303:2012表B.1（续）协议表3/4特性相关数据I特性值推荐项要求的短期能力指数要求的短期极差值序号LsL（下规范限）Us（上规范限）T公差C,CkRv.sRv.k123456789热漂移引起的最大允许偏移[μm/工件]X ad.vemY ad.pem8Z d.pm推荐的特性值过程/特性c.CkRv.sR v.sk注释正常过程或特性1.671.67例如：不受控过程中的直径或长度在线检测控制一一100%100%可以使用全公差如果需要粗糙度值≤80%在很多情况下只有一个上限，因此仅指定Rv.≤80%单侧限制公差1.6760%制造厂/供应商和用户应协商两个特性值中的哪一个用于验收其他特殊过程或制造厂/供应商和用户应商定是C，和C还是1.671.6760%60%特性Rv.和Rv.x用于验收23 GB/T40804—2021/ISO26303:2012 GB/T40804—2021/ISO26303:2012附录C（规范性附录）分析表短期能力评估的统计分析过程见表C.1。表C.1分析表分析表1/4一般信息机床描述工件描述工件材料特性/名义尺寸下规范限Ls上规范限UsL公差T=UsLs测量设备设备序列号分辨力标准偏差ss0.03 · T=≥分辨力？和T/40=≥sg?L1是可以进行分析L否不允许分析！使用更精确的测量设备重复测量！偏移刀具磨损由于刀具磨损导致的偏移X50个工件因热漂移允许的偏移：（如果条件允许）8Xtd.pem（8Yad.prm;8Zad.pem，分别测量）环境温度在声明的限制内？］是［］否9amb.09min9maxA amb.mx测量值xi（包含偏移）设定点的偏差k23568910611162126314146271722324732333434142434394449510152535404550然后，生成单值控制图。对于正常过程/特性和显著偏移，首先进行偏移修正（分析表3/4），并使用偏移修正数据进行所有其他计算。方程：元，二(,r)25 0804—2021/ISO26303. GB/T40804—2021/IS026303:2012附 录D（资料性附录）短期能力协议和分析实例短期能力协议表D.1和分析表D.2举实例说明了短期能力评估的方法和步骤。表 D.1协议表协议表1/4测试计划一般信息机床描述车床XYZ机床序列号D 08 15工件描述轴工件号W 47 11材料Ck 45工件数量/随机抽样测试每个工件的加工时间tm4.5 min工件数量nmp（推荐：nmp=50)50总加工时间tto~nmp（tm+p）大约5h用于分析的工件数量n（推荐：n=50）50随机抽样检查（推荐的样本容量：5)计划/物流a)准备制造厂(M)用户(C)地点(M/C)日期毛坏CM第10周刀具cM第10周夹具MM第10周机床MM第13周机床操作者MM第13周测量设备MM第13周测量人员MM第13周b)流程开始结束持续时间准备第11周第12周2周预热阶段3月28日/16:003月29日/8：0016 h调整3月29日/8：003月29日/10：002 h加工3月29日/10:003月29日/15：005 h测量3月30日4月5日1周分析4月6日4月8日3 d29 GB 31572-2015 合成树脂工业污染物排放标准0804—2021/ISO26303. GB/T40804—2021/ISO26303:2012 0804—2021/ISO26303.