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1、三维公差分析培训,CYBERNET SYSTEM CHINA PIDO 秦家爱, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,2,培训日程, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,3,开始, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,4,本培训的背景及目的,近年来，随着制造业相关环境的変化，在设计和制造的过程中产生了各种问题。 三维CAD和CAE等增加了设计工程师的业务负担，没有实践研究公差 由于设计业务的进
2、一步细化，很难把握产品整体情况 由于设计要优先考虑机能，加工和装配的难度增高 设计者与生产者之间无法共享产品重要的检查要素 三维公差分析是解决以上问题的方法之一，越来越多的技术者在学习此法的同时也在学习国外标准设计法的几何公差设计法。 本会议中、 再次认识公差分析的基础知识 理解手工计算中公差的累积、简易公差分析工具（TAE）、三维公差分析工具（CETOL6）的顺序与特征 应对复杂结构的方法 三维公差分析的重要性与优势 通过以上项目介绍、演示和学习，达到可以使大家重新确认公差研究过程中的问题点，以及利用公差分析工具进行公差研究的目的。, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LT
3、D. All Rights Reserved.,5,公差分析概要, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,6,近年来，在设计中为了提高效率和设计质量，引入了CAD和CAE等工具。为了满足各种要求，设计出更理想的产品，需要在有限的时间内进行各种研究。,设计现场的现状,供给多样化,缩短时间,提高品质,降低成本,多机能化,小型化,装配简易,机能,性能,外观,要求,价格下调,品质竞争,功能多样化,技术革新, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,7,偏差与公差,为了达到目
4、的,制定出一个合适的公差值，就有必要了解由于加工方法的不同而导致的单品质量误差或在装配过程中产生的误差累积。,误差,材料,零件,加工,装配,误差,装配,误差,装配,误差,成品,要设置出很严格的公差的话、 就会导致高成本和高装配精度,成本高, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,8,公差分析目的,公差分析是设计时所设置的尺寸公差和几何公差。计算零件在加工、装配过程中在重要尺寸处产生的误差。通过手工计算公差累积也是公差分析的一部分。 公差分析的主要目的是在试制和批量生产前 预测装配品质的误差 根据预测结果，改善设计、优化品质、成本
5、。 在试制和批量生产过程中发现异常情况，找出问题的原因 根据原因，做出设计改善的方案, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,9,公差分析工具,公差分析大致分为一维和三维，根据使用的计算和工具的不同，可进一步分为不同的分析。使用工具，并加上高精度的公差累积计算就可以得到重要的信息。例如，决定如下设计意图： 哪个是关键尺寸 哪个是关键公差 为何要得到某个尺寸的公差值 活用这些信息，在初期阶段就可以实现“可控制品质与成本的设计”，“有明确依据的设计” 。,一维公差分析工具 ,三维公差分析工具 6, 2011 CYBERNET SYS
6、TEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,10,确定问题, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,11,例题：积木模型,试着计算下图中的高度误差。,确认问题,计算条件 所有尺寸的工程能力假定为Cp=1（3）。, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,12,确认问题,函数计算器的启动 桌面图标 或是开始所有程序附件 函数计算器的切换：查看科学型（S） 例如：4的开2次方计算或是勾选 （倒数）,Page 13, 2011 CYBERNET
7、SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,13,计算公式,统计计算(RSS : Root Sum Squire) TRSS 最坏情况计算(WC : Worst Case) TWC ,高度尺寸T, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,14,公差计算基础, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,15,（西格玛标准方差）,（西格玛标准方差）是 表示中心值（平均值）中的误差大小的值。 如何表示中心值中的误差大小。 （xi） 偏差 偏差的
8、总和 0 误差值（、）全部相加 偏差的平方 将偏差的平方平均化 分散 分散的平方根 标准方差,标准方差小 误差小,标准方差大 误差大,n ： 实测次数 xi ： 第i次的实测数据 ： 实测数据的平均值, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,16,工程能力（Cp、Cpk）,工程能力（Cp、Cpk）是 在一定的规格限度（公差范围）内生产产品的能力。 Cp 表示公差带幅度与实际误差幅度（6）之间的比值。 Cpk 是在Cp中增加了公差中心与实测数据平均之间的偏离的数值。,Cpk,（UTLLTL）2T 6,Cpk相当于实测数据平均与公差
9、规格(接近上限或者下限的一方)之间的幅度 （右图 ）的3倍的值,有时现实中，公差中心值与实测数据平均值不一致、要注意判断Cp值代表的工程能力, ： 实测数据的平均值 ： 公差的中心值 (UTL-LTL)/2 ,UTL ： 公差上限值 LTL ： 公差下限值 ： 尺寸误差的标准方差, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,17,Cp=1（3）的状态,设置Cp（3）是指 公差带（规格幅度）6 公差带之外的数值产生的概率0.3% 在设计时，根据要求品质设置工程能力和废品率 2T（公差带）6 T（单边的公差）3, 2011 CYBERN
10、ET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,18,公差与误差,注意公差与误差的不同 公差 是在做产品之前设置的值 是为了符合产品特性的设计方法 作为设计可允许的尺寸范围 误差 制造的结果 制造出来后，根据实测数据计算出来的值 误差大小不同，废品率会相应变动,通过手算进行的公差计算中的注意点 实际产品有时未必与正态分布一致。 要注意以公差计算出的结果未必与现实中一致。 公差值计算的前提是分布的平均值要位于公差幅度的中心。 实际并非如此。平均值的偏离会直接影响装配。, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Rese
11、rved.,19,公差分析的计算方法,利用各个方法的注意点 有必要理解计算方法的特性。 有必要针对产品构成和使用环境的不同分别运用。,公差分析的计算方法 有2种方法。 统计计算（RSS：方和根） 利用分散的加法性，统计性地预测误差幅度的计算方法。 TRSS T2 + T22 + T32 + Tn2 最坏情况计算 （WC：Worst Case） 将公差幅度作为误差的上下限数值，计算出误差的最差值。 TWC T1 + T2 + T3 + Tn, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,20,统计计算（方和根）,统计计算（方和根）的公差
12、计算中的注意点 包含工程能力的公差值计算。 计算的公差值包含工程能力。（例：所有工程能力为Cp=1（3） 所求的公差值能够利用工程能力值来计算得出。（TRSS的值也要以Cp=1（3）为前提） 一面公差和上下限公差都要变换为公差。 10 10.2 0.2 尺寸值方向（矢量）要与所求值方向一致。,0.4 0,用与所求值方向一致的尺寸来计算,所求值的方向,Page 21, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,21,关于分散性加法,分散性加法的基本规则 各变量独立。 计算中的变量不对其他变量造成影响 各变量总和以线性公式表示。 a1x
13、1 + a2x2 + + anxn a：系数 x：变量 各变量总和的分散值等于各变量分散的总和。 Vy a12vx1 + a22vx2 + + an2vxn Vy、Vxn：y与x的分散（期望值）, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,22,关于分散性加法,分散性加法的基本规则 各变量独立。 各尺寸不影响其他其他尺寸 各变量总和以线性公式表示。 所求尺寸与线性公式表示 CAB 各变量总和的分散值等于各变量分散的总和。 所求尺寸的分散值等于各尺寸分散值的总和 2 12+22 12+22 TRSS T12T22,X+Y=Z X,Y互
14、相影响,一分为二, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,23,极限值的累积计算（worst case）,最坏情况下的装配误差值TWC的计算式 TWC T + T2 + T3 + Tn 条件不一致的时候需要一些技巧,最坏情况（worst case）公差计算中的注意点 评估长短最差（最大/最小）时的计算。 各个尺寸误差（公差上限值或是下限值）的装配中，要考虑到最坏的情况。 单边公差和上下限公差要变换为公差。 变换之后更容易计算。 同统计计算一样，参与计算的尺寸值方向（矢量）要一致。,BT1,CT2,求：间隙的最差误差值 (TWC)
15、,间隙 ATWC,所求值的方向, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,24,复杂结构中的计算方法,复杂结构中公差计算的应用 各个零件的工程能力（误差值的大小）不同的情况。 各公差系数不同 零件A Cp1.0 （3） 零件B Cp1.33（4） 存在角度的情况。 所求值的方向（矢量）与参与计算的尺寸方向不同,所求值的方向,角度偏离, 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.,25,T1,T2,求整体高度的误差,整体的高度,所求值的方向,用方向一致的尺寸来计算,（计算示例） 求：零件A、B累积起来时的高度误差Tz 将所求误差值转换为3(Cp=1)时的值。 零件A高度 100.5； 工程能力Cp=1 零件B高度 150.8； 工程能力Cp=1.33,取各个比例，求系数。,不同工程能力的公差值存在时，要将装配整体要求的工程能力一致后，再进行计算。,误差大小不同的情况要综合整体条件计算,当零件B的工程能力不同时，计算Cp=1时的公差值。,10.0,-0.8,+0.8,Cp=1.33,Cp=1.33 ： Cp=1.0 0.8
