过程能力与公差分析及Creo应用

过程能力与公差分析——Creo公差分析应用2/37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3/37一.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。4/37一.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0.6~0.8之间。•设计者希望在0.6~0.8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。5/37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。6/37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LowFFR二.过程能力用于公差分析的背景7/37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）2826242220181610050045678910110102030405060二.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。8/37二.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μ、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X~N(μ,2)，读作X服从N(μ,2)，或X服从正态分布。应用于工程中：μ：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。9/3799.9937%-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μ)正态分布的特点依概率理论计算,99.73%的样本将落在+/3σ的范围内,只有很小的概率(0.27%)不在+/3σ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10/37正态分布的参数平均值(x或μ)–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(s2或2)–标准差的平方xxxxNN12...二.过程能力用于公差分析的背景11/37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12/37Processvariatio𝟑𝝈过程能力指数参数Cp/Cpk是过程能力指数𝜎是标准差LSL是规格的下限USL是规格的上限μ是实际制程的平均值USL-μLSLSamplemeanNominalvalueμ-LSLUSLProcessvariation3𝝈Tolerancerange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Cp=𝑈𝑆𝐿−𝐿SL6𝜎（不考虑中值偏移）𝐶𝑝𝑘=min[𝑈𝑆𝐿−𝜇3𝜎,𝜇−𝐿𝑆𝐿3𝜎]（考虑中值偏移）13/37二.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≥1.67A过程能力过高，可考虑宽松的控制方法，降低成本1.67Cpk≥1.33B能力良好，状态稳定应保持，考虑简化检验1.33Cpk≥1.0C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1.0Cpk≥0.67D制程不良较多，产品必须全检，必须提升其能力Cpk0.67E不可接受，其能力太差，应考虑重新整改设计制程CpkK()合格率PPM0.672.0195.5569%44431.191.003.0099.7300%2699.81.173.5199.9552%448.111.333.9999.9934%66.071.524.5699.99949%5.121.675.0199.999946%0.54432.006.0099.9999998%0.00214/37这部分主要是说明怎样应用公差分析这个工具，去确保产品适合最终确定的产品功能和质量的要求的过程。三.一般公差分析的理论15/37三.一般公差分析的理论公差分析:在已知零件或连续尺寸的个别公差的情况下，为了解零件经过装配或加工后，其组合公差的变异情况，避免因为装配/加工过程，造成零件公差累积，影响产品品质，此种为解决累积公差所进行的活动，称为公差分析。使用公差分析有如下优点：•确保零件的互换性，维护装配容易。•简化制造、检验、装配工程，缩短加工时间。•易于分工合作，大量生产，降低生产成本。•品质均一，标准化。16/37什麽地方使用公差分析•单个零件或零件出现公差堆积。•在公差堆积中，用公差分析可以确定总的变异结果。在设计中，它是一个很重要的挑战。单个零件多零件零件3零件2零件120.00±0.3015.00±0.2510.00±0.1545.00±?35.00±?13.00±0.2010.00±0.1512.00±0.10零件4三.一般公差分析的理论17/37累计公差分析过程在累计公差时，有以下几种方法:–手工.–用电子表格，比如Excel公差分析模板.–借助软件进行分析（如Creo、UG、solidworks等）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18/37一些产品要求的例子:装配要求更换部件；无固定的配对组装（多套模具或模穴）功能要求电子方面；PWB与弹片的可靠接触结构方面；良好的滑动结构，翻盖结构，或机构装置质量要求外观；外壳与按键之间的间隙其他;良好的运动或一些奇怪的杂音，零件松动第一步–确定组装要求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19/37零件3零件2零件1零件420.00±0.30必要条件(Gap0)15.00±0.2510.00±0.15IIIIII46.20+0.20-0.60B(d2)A(d1)C(d3)D(d4)+IV必要条件X(dGap)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20/3746.00±0.4046.20+0.20-0.6045.60+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43.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21/37niiGapdd1•名义值间隙是:dGap=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di=尺寸链中第i个尺寸的名义尺寸dGap=-10.00-15.00-20.00+46.00=1.00B(d2)A(d1)C(d3)D(d4)+必要条件X(dGap)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22/37一般应用比较多的公差分析方法是：1.统计法(RootSumofSquares),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2.极值法(WorstCase)，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23/371.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.ssssstot242322212niitottottottotTTTTTTTTTTTTTTTTT12242322212423222122423222121616161616•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Ttot=最大的预期间隙变量(对称公差).n=独立尺寸的堆栈数量.Ti=第i个尺寸对称公差.24/37niitotTT1Ttot=最大的预期间隙变量(对称公差).n=独立尺寸的堆栈数量.Ti=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25/37统计法(RSS)：最小间隙Xmin=dGap–Ttot=1.00–0.58=0.42最大间隙Xmax=dGap+Ttot=1.00+0.58=1.58最小间隙的要求(dGap0)完全达到58.0335.040.030.025.015.02222totT第六步–计算变异,RSS3.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Ttot=0.15+0.25+0.30+0.40=1.10最小间隙Xmin=dGap–Ttot=1.00–1.10=–0.10最大间隙Xmax=dGap+Ttot=1.00+1.10=2.10增加0.10达到最小间隙的要求(dGap0).让我们用WC和RSS来计算这些变量，然后做个比较！极值法(WC)：26/37第六步–计算变异,WCorRSS?以上的计算结果WC:最小间隙Xmin=–0.10mmRSS:最小间隙Xmin=0.42mm3.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27/37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