CETOL简介

CETOL软件简介(一)背景：产品和零件的公差与制造成本是一对矛盾，公差指标提得越高，即选择的公差范围小，加工的难度就越大，所涉及的工序和设备越多，占用的工时越多，制造成本就越高；如果公差指标提得低，即选择的公差范围大，虽然制造成本低了，但是可能导致无法达到设计的技术性能和指标的要求。在以往的设计过程中没有公差分析的手段时，设计师在进行产品设计时对于公差的确定往往是凭经验和采用类比法，即参照其他人的设计。合理的公差取值对于设计师来说是很难把握的，要靠长期的经验积累，对新手和经验不足的设计人员来说确定尺寸公差是很困难的。在很多情况下，尺寸公差的确定、分配和公差取值大小是否合理，按照设计给定的精度加工出来的零件在进行产品装配过程中，是否满足产品的性能和技术指标的要求，装配后对产品的精度是否有影响，都无从了解，如果在零件加工出来和装配时才发现问题，对设计进行修改，会造成浪费、返工，并增加成本，影响生产进度。CETOL软件为设计人员提供了一个公差分析与综合的平台，使设计人员通过它实现在设计阶段对关键零件尺寸进行公差分析，结合实际的工艺加工能力，选择制造成本最低，又能保证满足设计要求的最优公差，分析的结果也可以为设计提供参考。具体来说，公差分析与综合系统为设计人员提供了评估公差状况的手段，通过该系统，给出了可靠、准确、合理的公差分配的依据。在设计过程中将设计好的零件进行三维预装配，建立数字样机，利用公差分析与综合系统通过分析零件公差对产品装配过程和装配精度的影响，建立装配公差模型和零件公差模型。在建立装配公差模型树、装配公差网络图的基础上，进行公差分析与综合。提供最坏情况设计分析方法、统计分析方法、敏感性分析方法、百分比贡献分析方法，达到100%地满足零件的互换性、装配的正确性，满足装配精度要求。通过该系统的分析，可以分析出设计过程中公差分配是否合理、正确，对公差进行优化，并将结果反馈给设计人员，使设计人员能够及时地进行修改，以减少装配时发生干涉和精度超标的概率。运用变量化几何技术确定装配过程中配合零件之间的最坏情况及统计的公差积累，得到装配过程中影响关键尺寸公差的约束及其敏感度。利用该系统，通过改变个别关键尺寸的公差约束来提高零件的可装配性和互换性，减少由于公差分配不合理或不正确而造成的装配后产品精度超标和返工的概率，减少装配过程中的选配、修配和调整时间，提高装配效率，降低制造成本。-1-(二)Sigmetrix公司介绍Sigmetrix是由CETOL原开发商和RandWorldwide组成的合资企业，是一家专注于装配公差分析软件研发的软件公司，自CETOL问世以来，Sigmetrix一直通过各种方式，如参与高校的ADCATS项目，努力促进公差分析技术的发展。1990时，Sigmetrix公司和PTC公司建立了企业软件合作伙伴关系，1992时，CETOL作为Pro/Engineer的一个模块和Pro/E一起捆绑发售，因此有长达15年的工程应用经验。2002时，Sigmetrix公司又和达索公司合作，通过和CATIA的集成，更好地为机械领域的设计师们服务。经过这些年的发展，Sigmetrix已经成为世界范围内知名的公差分析服务提供商。借助于Pro/E的平台，CETOL已经为广大的客户所熟知，应用范围涵盖了各类工程领域。同时，CETOL又有着组织和技术上的优势，和其它相关软件公司的合作，自身多年的开发经验，CETOL同时又是实现产品生命周期管理(PLM)和6sigma方法的核心技术。15年的成熟市场经验也验证了Sigmetrix公司以客户为中心的理念所提供的优质服务。Sigmetrix公司现已成为日本CAE最大供应商CYBERNET的子公司，从其获得了更多的运作资本，CETOL产品的研发工作仍然由Sigmetrix公司自主。(三)问题的提出一般的实体建模系统，如Pro/E可以在完成基本尺寸的设计后，通过软件提供的间隙和干涉检查功能来确保装配的精度，同时还可以取基本尺寸的上偏差和下偏差值，检查在极限尺寸的情况下，装配精度（间隙、干涉等）是否仍然可以满足，可以在检测时设置为上偏差或下偏差的值。但是，这并不是真正的公差分析。在这种分析中并未考虑装配中各种变差源对装配质量的影响。我们知道，在实际生产过程中，有很多因素都会导致变差的出现，如制造加工中的误差，环境对加工设备的影响，各种不同的变差会通过零件之间的配合关系慢慢积累起来，最终影响整体系统的装配精度和成本。因此，必须充分重视产品中可能出现的变差，因为它们会导致不可预测和昂贵的质量缺陷。这里要解释几个概念：变量(variable)、变差(variation)和公差(tolerance)。我们知道，变量是指分析过程中，值可以改变的数据，在公差分析中，由于基于零件特征的相关尺寸大小、位置和方向在设计阶段都是不确定的，所以这些量度零件特征的量都是变量；变差指的是零件的实际尺寸和基本尺寸（名义尺寸）之间的偏差值，一般在制造加工和装配过程中都会导致变差的产生；公差传递的信息反映了设计要求和意图，它并不包含真实的变差信息，而是设定了相关尺寸的允许变动量。注意：公差不是变差！a)产品缺陷的来源：-2-在机械设计过程中，产品缺陷有三种来源。在生产过程中，由于加工能力和精度的限制，加工出来的零件尺寸往往和基本尺寸相比有一定的偏差，而且这种偏差几乎是不可避免的，而这种零件尺寸上的偏差可能会导致产品出现缺陷。装配过程中同样会有误差，除了装配方法和装配顺序造成的误差以外，由于零件加工误差的积累，特别是关键零件的加工误差，也会使装配出现偏差。最后一种是设计余量的考虑不足，设计时一般都会考虑实际的制造加工能力，而在设计中留有余量，但是如果留的余量不足，未考虑部分不能消除变差的影响，也会导致产品出现缺陷。b)装配公差的来源其中装配公差和零件公差是紧密相关的，理解装配公差的来源对预测产品的质量非常重要。如图1所示：是一个圆柱和凹槽的配合，如果零件尺寸发生变化，如实际加工出来的圆柱直径比基本尺寸大，这时圆柱体就无法装配在原来位置，新的位置在原来位置的上方，装配位置就发生了变化，这种变化对产品质量的影响可以从右边的图中看出，由于装配存在调整公差，代表现有工艺加工能力的lambda分布并未完全位于公差带范围中，而红色区域部分代表这部分产品可能不符合设计要求，是次品。通过类似这种分析，就可以在设计阶段准确预测产品的质量，而要做到这一点，就要充分理解公差的来源，建立合理的公差模型。装配调整公差零件尺寸公差图1装配公差的来源装配公差的来源和零件的自由度也有关。每个零件都有六个自由度，三个平动自由度和三个转动自由度。装配过程实际也是一个对零件自由度约束的过程，通过在零件之间建立配合关系，使零件的自由度逐个被约束，最终达到准确约束的状态。除了准确约束之外，还有过约束和欠约束两种状态。过约束是指一个零件的某个自由度被多个配合关系所约束，因此，零件尺寸的微小变化会使零件无-3-法同时满足多个装配关系，导致装配无法达到指定的精度，而欠约束则是指一个零件的某个或多个自由度未被任何配合关系所约束，因此该零件可能有该自由度上的刚体运动，这样也会导致装配出现问题。不仅如此，实际上在物理装配中有不少结构会影响变差，比如孔和轴之间的配合，孔的公差带和轴的公差带决定了孔和轴之间的配合关系是间隙、过渡还是过盈。如果孔和轴的实际尺寸均发生变化，实际的装配时的配合关系就无法确定了。c)公差建模的要求公差建模要考虑的变差源主要有三类：制造过程中的误差、装配过程中的误差和装配环境的影响。制造过程中由于刀具设置、材料收缩、铸造误差等因素会导致零件尺寸上的偏差；装配过程中，装配的方法会产生误差，如连接方法包括铆接、胶合、焊接等都存在误差，而装配顺序也会导致装配出现误差，另一方面，零件本身尺寸的偏差通过配合关系积累起来，最终可能使装配的精度无法达到；加工环境的因素也不能忽略，由于加工过程中机床等设备是暴露在周围环境中，因此这些设备在惯性力作用下的变形、受热源影响的变形，设备系统本身的振动都会破坏调整好的工艺系统各部分之间的相对位置，从而产生变差。在公差建模中要综合考虑这三方面因素，从而保证公差分析是建立在实际的加工能力上的，分析的结果对于设计来说是有参考意义的。d)变差对装配的影响公差分析中需要建立装配公差模型和零件公差模型，建立模型前，需要了解变差对装配的影响方式。公差分析中一般有两类尺寸：关键尺寸和一般尺寸。在分析前，需要确定关键尺寸，这些关键尺寸会影响零件加工和装配后是否能满足设计要求。关键尺寸通常分为三类：间距(offset)、角度(angle)和位置(position)，间距是最常见的一种测量类型，指两个特征之间的线性度量值；角度是指在一个轴方向上，两个特征之间的角度；位置是指在二维空间中，某个特征相对于另一特征的位置区域。一般尺寸就是指可加工的零件尺寸，这些尺寸发生变化时，关键尺寸会根据零件之间的配合关系，也发生相应的变化。公差分析中常见的灵敏度分析就是基于关键尺寸和一般尺寸的变化关系上的，灵敏度反映的是一般尺寸变化时，关键尺寸的变化大小和方向，通过两者之间的灵敏度，就可以确定某个零件尺寸和关键尺寸之间的关联程度，确定这个尺寸对装配精度的影响。(四)解决方案CETOL为设计师提供了一整套完善的公差分析方案，为设计师选择具体零件的公差提供了参考。CETOL支持从设计到生产的整个过程，即在不同阶段，都可以使用CETOL进行相关设计，使产品设计更稳健。这个软件完全和CAD集成，分析和设计位于一个平台，实现了数据的无缝连接，软件的分析包括灵敏度分析、统计分析和最坏情况分析。灵敏度分析可用于确定关键尺寸对哪个一般-4-尺寸最为敏感，敏感度高的一般尺寸的公差指标就应提得比较高，而对于敏感度较低的一般尺寸，则可以选择较大的公差范围；统计分析是在结合制造加工能力数据的基础上，对当前设计所选用的名义尺寸和公差进行分析，以预测根据这些尺寸和公差加工出来的零件装配后可能达到的质量和误差分布范围。最坏情况分析是确定所有尺寸都在最坏情况时的装配是否还能满足设计要求。CETOL和加工过程中的制造能力数据相集成，相关分析中通过这些数据模拟了实际加工过程。进行公差优化时，一般针对加工质量Sigma的要求在设计时选择合理的公差。该软件适用于模拟复杂的装配和机构，提供的公差解决方案可以应用在很多领域，包括汽车的动力传动系统，航空设备的复杂机构、白色家电等。而来自这些市场的挑战，则在于产品设计过程中，面对越来越高的对零件、装配和生产过程的稳健性设计要求，CETOL提出的公差分析解决方案应有助于用户消除制造过程中的变差和其它因素对装配精度的影响，从而帮助提高产品的质量。CETOL在设计到制造的各个阶段都有不同层次的应用，而应用的目的就是减少系统对变差源的灵敏度，优化公差的选择，能较早地实现稳健性设计。在概念性设计阶段，由于产品还未成型，设计师根据市场需求定义产品的功能要求，这时可以使用CETOL建立装配公差模型，通过灵敏度和最坏情况分析来初步确定所选公差对装配和生产的影响。在功能性装配建模阶段，设定装配约束的配置，从设计角度对模型进行统计分析，预测根据当前设计制造的产品的可能质量和缺陷分布。在细部零件建模阶段，可以选择灵活的尺寸方案，执行关键尺寸分析，从制造角度进行分析来选择公差。在最后制造过程中，可以对非关键特征作Cp分析，给出最后的设计建议。CETOL提供的公差模型是一种预测性模型，在设计阶段使用该软件进行公差分析，通过引入具体的加工能力数据，预测根据当前设计实际制造的零件的装配精度和产品质量，从而起到在设计阶段对加工、样品、生产情况的预测，预测性模型同时也是一种反应性模型，因为考虑实际加工能力，因此零件公差的选择是取决于制造加工能力的，制造加工能力的高低决定了零件的公差指标，而制造加工能力数据是来自于生产中的，这些数据反映了生产制造过程中的可能出现的误差，由这些数据反过来指导在设计阶段的公差选择。(五)工作方式使用CETOL使公差分析变得简单，这归功于CETOL软件本身的强大功能