过程能力与公差分析及Creo应用

,*,/37,过程能力与公差分析,Creo,公差分析应用,内 容,一,.,尺寸公差,二,.,过程能力,用于公差分析的背景,三,.,一般公差分析的理论,四,.Creo,公差分析模块,一,.,尺寸公差,在成批或大量生产中，规格大小相同的零件或部件不经选择地任意取一个零件（或部件）可以不必经过其他加工就能装配到产品上去，并达到一定的使用要求，这种性质称为互换性。,为了满足互换性要求，图纸上注有公差配合要求。在设计时，要合理地制定各类公差，这样才能使用所画的图纸符合生产实际的需要。,一,.,尺寸公差,尺寸公差是指在零件制造过程中，由于加工或测量等因素的影响，完工后的实际尺寸总存在一定的误差。为保证零件的互换性，必须将零件的实际尺寸控制在允许变动的范围内，这个允许的尺寸变动量称为尺寸公差。,如：,0.7+/-0.1,代表,设计者心中默认,/,容许的尺寸范围是,在,0.60.8,之间。,设计者希望在,0.60.8,之间,范围,，数值的分布应围聚一特定点（,0.7,）进行分布，我们通常合理假设呈正态分布。,变异,下偏差,上偏差,目标,规格范围,1.,加工制程的变异,材料特性的不同,设备或模具的错误,工序错误,/,操作员的错误,模具磨损,标准错误,2,.,组装制程的变异,工装夹具错误,组装设备的精度,两种主要的变异类型,二,.,过程能力,用于公差分析的背景,万物皆有变化，产品生产也随时伴有差异，同种产品功能或尺寸的差异被称之为变异。变异小不影响顾客的满意程度或后续工程的作业是可以容许的,；一旦影响顾客的满意程度，那此变异就成了品质的大敌了。,变异控制,解决方案,制程的选择,制程的控制,(SPC),产品的检查,技术的选择,优化的设计,公差分析,变异控制,从加工制造,从产品设计,目标,高质量,高良率,低,Low FFR,二,.,过程能力,用于公差分析的背景,变异的分布,类型,正态分布,双峰分布（非正态分布）,偏斜分布（非正态分布）,28,26,24,22,20,18,16,100,50,0,4,5,6,7,8,9,10,11,0,10,20,30,40,50,60,二,.,过程能力,用于公差分析的背景,工程期望变异的分布应呈正态分布，因正态分布可控、可预测。,二,.,过程能力,用于公差分析的背景,正态分布,若随机变量,X,服从一个位置参数为,、尺度参数为,的概率分布，且其概率密度函数为,则这个随机变量就称为正态随机变量，正态随机变量服从的分布就称为正态分布，记作,XN(,2),，读作,X,服从,N(,2),，或,X,服从正态分布。,应用于工程中：,：变量的平均值。,：变量的标准差。,当,值,越大，变量越分散，曲线越平坦；当,值,越小，变量越集中，曲线越陡峭。,99.9937%,-3,-4,-5,-6,+3,+4,+5,+6,99.73%,99.999943%,99.9999998%,-2,-1,+2,+1,变形点,标准差,(s,或,),数据的百分比，在给定的,西格玛,(,),范围,95.46%,68.26%,平均值,(x,或,),正态分布的特点,依概率理论计算,99.73%,的样本将落在,+/3,的范围内,只有很小的概率,(0.27%),不在,+/3,的范围内,由于小概率事件一般不会发生,故可认为不会有尺寸在规格之外,。,二,.,过程能力,用于公差分析的背景,正态分布的参数,平均值,(x,或,),分布的位置,范围,(R),最大值与最小值之间的距离,标准差,(s,或,),反映,一个数据集的离散程度,最常用的量测法，量化可变性,方差,(s,2,或,2,),标准差的平方,二,.,过程能力,用于公差分析的背景,总体参数,m,=,总体平均值,=,总体标准差,总体参数与样本统计,总体,现有的及将来会出现的所有单元或个体,我们将永远都不可能知道的真实总体,样本,从总体提取的单元或个体的子集,用样本统计，我们可以尝试评估总体参数,m,x,样本统计,x,=,样本平均值,=,样本标准差,二,.,过程能力,用于公差分析的背景,过程能力指数,USL-,LSL,Sample mean,Nominal value,-LSL,USL,Tolerance range,二,.,过程能力,用于公差分析的背景,是指过程在一定时间，处于控制状态（稳定状态）下的实际加工能力（固有能力,/,质量保证能力），也就是加工质量满足技术标准的能力,（不考虑中值偏移）,（考虑中值偏移）,二,.,过程能力,用于公差分析的背景,过程能力评价,过程能力与,K(,),、合格率、,PPM,对应表,Cpk,等级,评价,Cpk,1.67,A,过程能力过高，可考虑宽松的控制方法，降低成本,1.67 Cpk 1.33,B,能力良好，状态稳定应保持，考虑简化检验,1.33 Cpk 1.0,C,状态一般，制程因素稍有变异即有产生不良的危险，应利用各种资源及方法将其提升为,B,级,1.0 Cpk 0.67,D,制程不良较多，产品必须全检，必须提升其能力,Cpk 0),15.00 0.25,10.00 0.15,I,II,III,46.20,+0.20,-0.60,B,(d,2,),A,(d,1,),C,(d,3,),D,(d,4,),+,IV,必要条件,X,(d,Gap,),0,第二步,封闭尺寸链图,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,三,.,一般公差分析的理论,46.00 0.40,46.20,+0.20,-0.60,45.60,+0.80,-0.00,从,数学,角度看，上图所有尺寸标注方法，其功能是相同。,按,分析,规则，,应将其转成对称,公差,。,第三步,转换名义尺寸,零件,4,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,三,.,一般公差分析的理论,名义值间隙是,:,d,Gap,=,名义值间隙。正值是空隙，负值是干涉,n,=,堆栈中独立尺寸的数量,d,i,=,尺寸链中第,i,个尺寸的名义尺寸,d,Gap,=-10.00-15.00-20.00+46.00=1.00,B,(d,2,),A,(d,1,),C,(d,3,),D,(d,4,),+,必要条件,X,(d,Gap,),0,第四步,计算名义尺寸,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,三,.,一般公差分析的理论,一般应用比较多的公差分析,方法,是：,统计法,(Root Sum of Squares),简称,RSS,统计手法，假设名义值在大批量加工零件的尺寸中心值,用于较多的零件或尺寸堆栈,用于产量达的,零件,极值,法,(Worst Case),，简称,WC,验证,100%,性能,简单并且最保守的手法,用于零件数量少的情况,用于产量不大的零件,第五步,公差分析方法的定义,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,三,.,一般公差分析的理论,1.,确定组装要求,统计法,(RSS),统计手法,正态分布可以求和所有的,变异,.,假设每个尺寸的,Cpk,指标是,1.33,并且制程是在中心,.,第五步,方法的定义,统计手法,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,C,三,.,一般公差分析的理论,T,tot,=,最大的预期间隙变量,(,对称公差,).,n,=,独立尺寸的堆栈数量,.,T,i,=,第,i,个尺寸对称公差,.,T,tot,=,最大的预期间隙变量,(,对称公差,).,n,=,独立尺寸的堆栈数量,.,T,i,=,第,i,个尺寸对称公差,.,极值法,(WC),间隙变量是个体公差的总和,.,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,第五步,方法的定义,极值,法,三,.,一般公差分析的理论,统计法,(RSS),：,最小间隙,X,min,=,d,Gap,T,tot,=1.00 0.58=0.42,最大间隙,X,max,=,d,Gap,+,T,tot,=1.00+0.58=1.58,最小间隙的要求,(,d,Gap,0),完全达到,第六步,计算变异,RSS,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,三,.,一般公差分析的理论,T,tot,=0.15+0.25+0.30+0.40=,1.10,最小间隙,X,min,=,d,Gap,T,tot,=1.00 1.10=0.10,最大间隙,X,max,=,d,Gap,+,T,tot,=1.00+1.10=,2.10,增加,0.10,达到最小间隙的要求,(,d,Gap,0,).,让我们用,WC,和,RSS,来计算这些变量，然后做个比较！,极值,法,(,WC,),：,第六步,计算变异,WC or RSS?,以上的计算结果,WC:最小间隙,X,min,=,0.10 mm,RSS:最小间隙,X,min,=,0.42 mm,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,三,.,一般公差分析的理论,下图为假定,每个尺寸的公差为,0.10,，通过,WC,和,RSS,方法计算组装公差,，尺寸（零件）数量与公差分析结果曲线，对比,WC,和,RSS,方法,的差异。,在,WC,和,RSS,方法之间,差异,百分比,三,.,一般公差分析的理论,方法,WC,RSS,假设,所有尺寸都在公差极限范围内,.,所有尺寸都是正态分布,.,所有尺寸,的制程平均值与规格中心相等,.,尺寸的分布是全部没有偏差,.,所有公差体现的都是相同标准差数量,(,or s).,尺寸都是对称公差,.,风险,用于零件数量大，,WC,法将会,使,零件公差,很,小，良率低,.,零件成本高的风险,.,如果部分或所有,RSS,假设是无效的，结果的可靠性会降低,优点,使用方法简单,假如假设条件不成立的情况下，也有可能达到产品要求,RSS,是基于名义尺寸居中心，用概率统计理论分析零件尺寸的趋势。,比,WC,法，其成本较低。,缺点,在多零件的产品中应用机率较低,太多的假设,WC,和,RSS,方法的假设,风险及,优缺点,三,.,一般公差分析的理论,一些指导原则，什么时候当用,WC,和,RSS,方法,在,尺寸累积,中，如果少于,4,个尺寸的,如果对这个制造工艺了解不足够的,在,尺寸累积,中，如果有,4,个或多于,4,个尺寸的,只要有可能就尝试用它,当对制造工艺非常了解（旧的类似零件）,WC,RSS,三,.,一般公差分析的理论,四,.Creo,公差分析模块,PTC Creo Parametric“,由,CETOL Technology,提供支持的,Tolerance Analysis,”,界面，如下图所示。,借助软件分析，我们只要关注公差分析的各个参数即可，不必要关心计算的过程。,可以做不同尺寸不同,Cp,值的分析。,提供质量预测。,提供控制重点尺寸。,提供,WC,及,RSS,两种方法的分析结果。,四,.Creo,公差分析模块,定义分析目标：,定义要分析哪个尺寸,分析的期望值（标准）,四,.Creo,公差分析模块,定义尺寸链，通过在,3D,图中选取：,尺寸链定义,尺寸链图,四,.Creo,公差分析模块,定义尺寸链：,分析过程中可修改尺寸的公称值、公差、,CP,值,四,.Creo,公差分析模块,