機構(gòu)設計公差分析培訓教材

1、機構(gòu)設計公差分析培訓教材,比亞迪公司 28-Sep.-2007,主要內(nèi)容,第一部分：統(tǒng)計學應用于公差分析的背景 3 第二部分：一般公差分析的理論 15 第三部分：公差分析在諾基亞專案中的應用 29 第四部分：特殊情態(tài) 54,統(tǒng)計學應用于公差分析的背景 這部分主要目的是介紹統(tǒng)計學應用于公差分析的背景，強調(diào)加工制造能力的重要性。,變異,下偏差,上偏差,目標,規(guī)格范圍,加工制程的變異 材料特性的不同 設備或模具的錯誤 工序錯誤 / 操作員的錯誤 模具磨損 標準錯誤,組裝制程的變異 工裝夾具錯誤 組裝設備的精度,兩種主要的變異類型,變異的控制,解決方案 制成的選擇 制程的控制 (SPC) 產(chǎn)品的檢查

2、技術(shù)的選擇 優(yōu)化的設計 公差分析,變異的控制 從加工制造 從產(chǎn)品設計,Aim 高品質(zhì) 高良率 低Low FFR,柱狀圖,柱狀圖能提供制程的分布形狀，位置及區(qū)域的初步評估 柱狀圖也是呈現(xiàn)變異幾何的方法 There may be outliers,變異的一般分布圖,正態(tài)分布 normality distribution 雙峰分布（非正態(tài)分布） 偏斜分布（非正態(tài)分布）,99.9937 %,-3,-4,-5,-6,+3,+4,+5,+6,99.73 %,99.999943 %,99.9999998 %,正態(tài)分布的特點,-2,-1,+2,+1,變形點,標準差, (s or ),數(shù)據(jù)的百分比，在給定的西格

3、瑪 ()范圍,95.46 %,68.26 %,平均值, (x or ),正態(tài)分布的參數(shù),平均值 (x) 分布的位置 范圍 (R) 最大值與最小值之間的距離 Sensitive to outliers 標準差 (s) 反映樣本內(nèi)各個變數(shù)與平均數(shù)差異大小的一個統(tǒng)計參數(shù) 最常用的量測法，量化可變性 變量 (s2) 標準差的平方,總體參數(shù) m = 總體平均值 s = 總體標準差,總體參數(shù)與樣本統(tǒng)計,總體 現(xiàn)有的及將來會出現(xiàn)的所有單元或個體 我們將永遠都不可能知道的真實總體 比如，所有的Nokia 9210 生產(chǎn)總量。,樣本 從總體提取的單元或個體的子集 用樣本統(tǒng)計，我們可以嘗試評估總體參數(shù) 比如， N

4、okia 9210 在2001年41周生產(chǎn)的樣本,樣本統(tǒng)計 x = 樣本平均值 s = 樣本標準差,Process variation 3s,制程性能指標 Ppk,參數(shù) Ppk 是制程性能指標 sLT 是長期標準差 LSL是規(guī)格的下限 USL是規(guī)格的上限 mean 是實際制程的平均值,USL - mean,LSL,Sample mean,Nominal value,mean - LSL,USL,Process variation 3s,Tolerance range,一般公差分析的理論 這部分主要是說明怎樣應用公差分析這個工具，去確保產(chǎn)品適合最終確定的產(chǎn)品功能和品質(zhì)的要求的過程。,公差分析的優(yōu)

5、點,公差分析: 驗證設計是否達到預期的品質(zhì)水平. 帶較少缺點的良率產(chǎn)品. 預防生產(chǎn)重工和延誤. 降低產(chǎn)品的返修率 (降低成本).,怎么地方使用公差分析 ?,單個零件或組件出現(xiàn)公差堆積。 在公差堆積中，用公差分析可以確定總的變異結(jié)果。在機構(gòu)設計中，它是一個很重要的挑戰(zhàn)。 單個零件和組件的公差堆疊,35.00 ?,13.00 0.20,10.00 0.15,12.00 0.10,零件 4,堆疊公差分析過程,在堆疊公差時，有以下幾種方法: 手工. 用電子數(shù)據(jù)表，比如Nokia Excel 模板. 這在NOKIA是首選的方法! 用公差分析軟件，比如 VisVSA. 這份教材重點是講用NOKIA模板分析

6、一個尺寸的堆疊。按組裝要求，分為六步來分析。,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差 轉(zhuǎn)成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,一些產(chǎn)品要求的例子: 裝配要求 換殼；無固定的配對組裝（多套模具或模穴） 功能要求 電子方面；PWB與彈片的可靠接觸 結(jié)構(gòu)方面；良好的滑動結(jié)構(gòu)，翻蓋結(jié)構(gòu)，或機構(gòu)裝置 品質(zhì)要求 外觀；外殼與按鍵之間的間隙 其他; 良好的運動或一些奇怪的雜音，零件松動,第一步 確定組裝要求,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差 轉(zhuǎn)成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差

7、分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,零件 3,零件 2,零件 1,零件 4,20.00 0.30,必要條件 (Gap 0),15.00 0.25,10.00 0.15,I,II,III,46.20,+0.20 - 0.60,B (d2 ),A (d1 ),C (d3 ),D (d4 ),+,IV,必要條件 X (dGap ) 0,第二步 封閉尺寸鏈圖,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差 轉(zhuǎn)成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,46.00 0.40,46.20,+0.20 - 0.60,45.60,+0.80

8、- 0.00,從設計角度看，上圖所有尺寸標注方法，其功能是相同。 按規(guī)則，設計者將使用雙邊公差 鉆孔是個例外，通常是實際的大于名義尺寸,第三步 轉(zhuǎn)換名義尺寸,零件 4,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差 轉(zhuǎn)成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,名義值間隙是:,dGap= 名義值間隙。正值是空隙，負值是干涉 n= 堆疊中獨立尺寸的數(shù)量 di= 尺寸鏈中第i個尺寸的名義尺寸,dGap = - 10.00 - 15.00 - 20.00 + 46.00 = 1.00,B (d2 ),A (d1 ),C (d3 ),D

9、 (d4 ),+,必要條件 X (dGap ) 0,第四步 計算名義尺寸,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差 轉(zhuǎn)成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,怎樣計算間隙的變異 ? 一般應用比較多的公差分析模式是： 極值法 (Worst Case)，簡稱WC 驗證 100 % 性能 簡單并且最保守的手法 用于零件數(shù)量少的情況 用于產(chǎn)量不大的零件 統(tǒng)計法(Root Sum of Squares),簡稱RSS 統(tǒng)計手法，假設名義值在大批量加工零件的尺寸中心值 用于較多的零件或尺寸堆疊 用于產(chǎn)量達的零件 RSS 方法是基于什

10、么計算 ? 請看后面的說明,第五步 公差分析方法的定義,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差 轉(zhuǎn)成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,1. 確定組裝要求,統(tǒng)計法 (RSS) 統(tǒng)計手法 正態(tài)分布可以求和所有的變量.,讓我們用 WC 和 RSS來計算這些變量，然后做個比較！,假設每個尺寸的 Ppk 指標是1.33并且制程是在中心.,第五步 方法的定義, 統(tǒng)計手法,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差 轉(zhuǎn)成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,Ttot= 最大

11、的預期間隙變量(對稱公差) . n= 獨立尺寸的堆疊數(shù)量. Ti= 第i個尺寸對稱公差.,極值法 (WC) 間隙變量是個體公差的總和.,Ttot = 0.15 + 0.25 + 0.30 + 0.40 = 1.10 最小間隙 Xmin = dGap Ttot = 1.00 1.10 = 0.10 最大間隙 Xmax = dGap + Ttot = 1.00 + 1.10 = 2.10 增加 0.10 達到最小間隙的要求 (dGap 0).,第六步 計算變異, WC,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差 轉(zhuǎn)成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方

12、法,4. 按要求計算名義尺寸,統(tǒng)計法 (RSS) 間隙變量是個體公差的平方和再方根.,最大間隙 Xmin = dGap Ttot = 1.00 0.58 = 0.42 最小間隙 Xmax = dGap + Ttot = 1.00 + 0.58 = 1.58 最小間隙的要求 (dGap 0) 完全達到,第六步 計算變異, RSS,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差 轉(zhuǎn)成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,Ttot= 最大的預期間隙變量(對稱公差) . n= 獨立尺寸的堆疊數(shù)量. Ti= 第i個尺寸對稱公差.,第六

13、步 計算變異, WC or RSS ?,以上的計算結(jié)果 WC: 最小間隙 Xmin = 0.10 mm RSS: 最小間隙 Xmin = 0.42 mm 使用哪一個 ?,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差 轉(zhuǎn)成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,當每個堆疊尺寸的公差為 0.10時，通過WC和RSS方法計算組裝公差,在WC 和 RSS方法之間百分比不同,WC 和 RSS 方法的假設, 風險及+/-,So一些指導原則，什么時候當用 WC 和 RSS 方法,在堆疊中，如果少于4個尺寸的 如果對這個制造工藝了解不足夠的

14、 在堆疊中，如果有4個或多于4個尺寸的 只要有可能就嘗試用它 當對制造工藝非常了解（舊的類似零件）,WC,RSS,Nokia 專案的公差分析 這部分主要介紹在Nokia專案設計應用的公差分析表格，它可以給參與專案設計的設計者一些基本能力。,例 1 LCD 連接器的組裝,PWB,LCD Spring Connector,LCD,UI Frame,Light Guide,LCD Foil,功能要求 電子方面：PWB和LCD Foil 通過彈片連接器連接可靠。 彈片可壓縮最小極限(干涉量)是0.30 mm. 在這個例子中，最大的壓縮不是主要的考量因素。,1. 確定組裝要求,X - 0.30 mm,例

15、 1 LCD 連接器 第1步,X,D 0.100.05,C 1.450.10,B 0.500.10,E 1.450.15,A 0.150.03,2. 建立封閉尺寸鏈圖,PWB,Soldering Tin layer,LCD Spring Connector,LCD,UI Frame,Light Guide,LCD Foil,例 1 LCD 連接器 第2步,No gap,在彈力作用下將沒有間隙,在彈力作用下將沒有間隙,+,X = - A - B +C - D - E = (- 0.15 - 0.50 + 1.45 - 0.10 - 1.45) mm = - 0.75 mm,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將

16、公差 轉(zhuǎn)成對稱公差,壓縮的名義尺寸值 (用公差分析表格，這個尺寸會自動計算出來):,4. 按要求計算名義尺寸,X,C 1.450.10,B 0.500.10,E 1.450.15,A 0.150.03,+,沒尺寸需要轉(zhuǎn)換。,例 1 LCD 連接器 第3 & 4步,D 0.100.05,例 1 LCD 連接器 第5步,5. 確定公差分析的方法,制造工藝是了解的，以及所有RSS假設是由依據(jù)的。 堆疊尺寸多于4個尺寸。,使用 RSS 法 !,例 1 LCD 連接器 第6步,6. 按要求計算變異,用Nokia的公差分析表進行堆疊分析，表格布局如下，,例 1 LCD 連接器 第6步,必需輸入數(shù)據(jù)資料 1

17、/3.,6. 按要求計算變異,針對這些分析填好一般的信息. 如果名義尺寸欄目是空白的，則必須輸入目標值.在這例子，這欄留空. 填上上公差。下公差留空. 插入相關(guān)的圖片。,例 1 LCD 連接器 第6步,為每個尺寸天上零件名稱，及描述它的相關(guān)性. 輸入名義尺寸值和尺寸鏈中的間隙，記得標上 (+) 和 (-) 符號! 輸入每個尺寸的公差值.,必需輸入數(shù)據(jù)資料 2/3.,6. 按要求計算變異,例 1 LCD 連接器 第6步,輸入每個尺寸的Ppk 指標預估值. 這個練習的默認值是 Ppk=1 . 這份表格是基于公差值的4 來分析，相當于 Ppk=1.33. 當采用 Ppk=1 (3 ) 表格內(nèi)公差成比

18、例轉(zhuǎn)換到 4 公差 (4/3*T). 比例公差可以通過點 “% Contribution to Total”欄，即可轉(zhuǎn)換為 “Estimated 4 Sigma Variation”.,8,必需輸入數(shù)據(jù)資料 3/3.,9,6. 按要求計算變異,例 1 LCD 連接器 第6步,10,11,結(jié)果 1/2.,名義尺寸的總和是自動計算的。如果名義尺寸欄目是空白，那么目標值必須填寫。 百分比數(shù)值告訴設計者每個尺寸公差占總變量的百分比。所有因素的總和是100 %.,6. 按要求計算變異,例 1 LCD 連接器 第6步,堆疊計算4 變量(Ppk =1,33) . 評估 上偏差PPM 等級是 (接近) 0.

19、(PPM Parts Per Million). 評估Ppk-指標是高的，相關(guān)的 PPM等級也是低的. 填寫主要的不確定因素，結(jié)論和建議.,結(jié)果 2/2.,12,13,14,15,6. 按要求計算變異,例 2 電池組裝界面,例 2 電池界面 第1步,功能要求 有關(guān)電的；在電路板與電池之間通過彈片連接器可靠連接. 彈片被壓縮（干涉量）最小極限是0.25 mm. 最大的壓縮在這個例子可以不考慮.,X - 0.25 mm,1. 確定組裝要求,例 2 電池界面 第2步,B 53.000.10,A 1.150.10,X,I 8.200.20,G 69.350.10,電路板,電池,彈片連接器,H 0.00

20、0.15 (焊接位置公差),E 0.07,D 0.930.03,C 10.000.10,B-Cover,導向柱 (機殼),F 1.000.03,在彈力作用下沒有間隙,Float,+,2. 建立封閉尺寸鏈圖,X = A - B - C + D + E - F + G - H - I = (1.15 - 53.00 - 10.00 + 0.93 + 0.07 - 1.00 + 69.35 - 8.20) mm = - 0.70 mm,沒有尺寸需要轉(zhuǎn)換.,例 2 電池界面 第3 & 4步,+,B 53.000.10,A 1.150.10,X,I 8.200.20,E 0.07,D 0.930.03,

21、C 10.000.10,G 69.350.10,F 1.000.03,H 0.000.15,壓縮名義值 (如果采用Nokia 公差表格，名義值會自動計算):,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差 轉(zhuǎn)成對稱公差,4. 按要求計算名義尺寸,Example 2 HDa16, Battery interface Step 5,5. 確定公差分析的方法,制造工藝是了解的，以及所有RSS假設是由依據(jù)的。 堆疊尺寸多于4個尺寸。,使用 RSS 法 !,Example 2 HDa16, Battery interface Step 6,必需輸入數(shù)據(jù)資料 1/3.,6. 按要求計算變異,針對這些分析填好一般的信息. 如果

22、名義尺寸欄目是空白的，則必須輸入目標值.在這例子，這欄留空. 填上上公差。下公差留空. 插入相關(guān)的圖片。,Example 2 HDa16, Battery interface Step 6,6,7,5,必需輸入數(shù)據(jù)資料 2/3.,6. 按要求計算變異,為每個尺寸天上零件名稱，及描述它的相關(guān)性. 輸入名義尺寸值和尺寸鏈中的間隙，記得標上 (+) 和 (-) 符號! 輸入每個尺寸的公差值.,必需輸入數(shù)據(jù)資料 3/3.,Example 2 HDa16, Battery interface Step 6,8,9,6. 按要求計算變異,輸入每個尺寸的Ppk 指標預估值. 這個練習的默認值是 Ppk=1

23、. 這份表格是基于公差值的4 來分析，相當于 Ppk=1.33. 當采用 Ppk=1 (3 ) 表格內(nèi)公差成比例轉(zhuǎn)換到 4 公差 (4/3*T). 比例公差可以通過點 “% Contribution to Total”欄，即可轉(zhuǎn)換為 “Estimated 4 Sigma Variation”.,Example 2 HDa16, Battery interface Step 6,10,11,6. 按要求計算變異,結(jié)果 1/2.,名義尺寸的總和是自動計算的。如果名義尺寸欄目是空白，那么目標值必須填寫。 百分比數(shù)值告訴設計者每個尺寸公差占總變量的百分比。所有因素的總和是100 %.,Example

24、2 HDa16, Battery interface Step 6,堆疊計算4 變量 (Ppk =1,33). 評估上偏差 PPM等級是208. 評估出的Ppk指標是低的，相關(guān)的PPM等級是高的. 填寫主要的不確定因素，結(jié)論和建議.,結(jié)果 2/2.,12,13,14,15,6. 按要求計算變異,例2 電池界面 第6步,= 彈片長度由8.20 mm 改到8.40 mm. = 名義壓縮量由 0.70mm 加大到 0.90 mm.,輸入數(shù)據(jù)進行第二次分析.,6. 按要求計算變異,Example 2 HDa16, Battery interface Step 6,上偏差的PPM等級是(或接近) 0.

25、Ppki指標變高，相關(guān)的PPM等級變低. 重新填寫主要的不確定因素，結(jié)論和建議.,第二次分析結(jié)果.,1,2,3,6. 按要求計算變異,CM1,PD0,PD0.5,PD1,PD2,PD4,PD3,PD流程中的公差分析,所有公差分析清單分類（注上責任人和狀態(tài)),初步分析清單,應用例子, 練習,專家命名, 重要日期, 等等,CM1,PD0,PD0.5,PD1,PD2,PD4,PD3,特殊情態(tài) 這部分講解在公差分析尺寸鏈中的一些特殊情態(tài)因素。,公差分析的困難分級,難度 增加,在一個空間方向堆疊剛性零件 在兩個或三個空間方向或者機械裝置堆疊剛性零件 帶有不同分布形態(tài)的剛性零件 柔軟有彈性的零件，塑膠，橡膠，金屬