机构设计公差分析培训教材
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公差培训资料课件
公差培训资料课件
汇报人：任老师
2023-12-29
CONTENTS
• 公差基础概念 • 公差类型与计算 • 公差标注与识读 • 公差原则与选用 • 公差在设计中的应用 • 公差检测与质量控制
01
公差基础概念
公差定义
总结词
公差是允许零件实际尺寸变化的上限和下限范围。
详细描述
公差是机械制造中非常重要的概念，它表示零件实际尺寸的变化范围。在加工过程中，由于各种因素的影响，零 件的实际尺寸很难完全符合设计要求。为了确保零件能够正常装配和工作，需要给定一个合理的公差范围，使零 件的实际尺寸落在这个范围内。
03 不合格品处理
对不合格品进行标识、隔离和 处理，防止不合格品流入下道 工序或出厂。
0 持续改进 4通过对质量数据的分析，发现
和改进产品或过程的不足之处 ，提高产品质量和生产效率。
谢谢您的聆听
THANKS
公差等级是用来表示零件尺寸精度高低的分类方式。根据不同的使用要求和工艺水平，可以选择不同 的公差等级。一般来说，公差等级越高，零件的尺寸精度越高，制造难度也越大。在选择公差等级时 ，需要综合考虑零件的功能要求、工艺条件和制造成本等因素。
02
公差类型与计算
线性尺寸公差
线性尺寸公差定义
线性尺寸公差是指对线性尺寸的允许变动量，用于限制线性尺寸的变动范围。
03
公差标注与识读
公差标注方法
线性尺寸公差标注
包括基本尺寸、上偏差、 下偏差和公差等级等要素 ，用于控制线性尺寸的允
许变动范围。
角度尺寸公差标注
包括基本尺寸、角度公差 和公差等级等要素，用于 控制角度尺寸的允许变动
范围。
形位公差标注
包括基准、符号、公差值 和公差等级等要素，用于 控制零件的形状和位置误
汇报人：任老师
2023-12-29
CONTENTS
• 公差基础概念 • 公差类型与计算 • 公差标注与识读 • 公差原则与选用 • 公差在设计中的应用 • 公差检测与质量控制
01
公差基础概念
公差定义
总结词
公差是允许零件实际尺寸变化的上限和下限范围。
详细描述
公差是机械制造中非常重要的概念，它表示零件实际尺寸的变化范围。在加工过程中，由于各种因素的影响，零 件的实际尺寸很难完全符合设计要求。为了确保零件能够正常装配和工作，需要给定一个合理的公差范围，使零 件的实际尺寸落在这个范围内。
03 不合格品处理
对不合格品进行标识、隔离和 处理，防止不合格品流入下道 工序或出厂。
0 持续改进 4通过对质量数据的分析，发现
和改进产品或过程的不足之处 ，提高产品质量和生产效率。
谢谢您的聆听
THANKS
公差等级是用来表示零件尺寸精度高低的分类方式。根据不同的使用要求和工艺水平，可以选择不同 的公差等级。一般来说，公差等级越高，零件的尺寸精度越高，制造难度也越大。在选择公差等级时 ，需要综合考虑零件的功能要求、工艺条件和制造成本等因素。
02
公差类型与计算
线性尺寸公差
线性尺寸公差定义
线性尺寸公差是指对线性尺寸的允许变动量，用于限制线性尺寸的变动范围。
03
公差标注与识读
公差标注方法
线性尺寸公差标注
包括基本尺寸、上偏差、 下偏差和公差等级等要素 ，用于控制线性尺寸的允
许变动范围。
角度尺寸公差标注
包括基本尺寸、角度公差 和公差等级等要素，用于 控制角度尺寸的允许变动
范围。
形位公差标注
包括基准、符号、公差值 和公差等级等要素，用于 控制零件的形状和位置误
公差分析培训教程
A
A+T
1
B－ T2
B
B+ T2
C－ TRSS
C
C+TR
SS
22
© 2011 CYBERNET SYSTEMS
4
© 2011 CYBERNET SYSTEMS
CO.,LTD. All Rights Reserved.
公差分析概要
5
© 2011 CYBERNET SYSTEMS
CO.,LTD. All Rights Reserved.
设计现场的现状
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。
上午进行演示。 ・装配状态变化的场合 ・介绍在考虑到浮动、几何公差情况下，使用工 具的优势。
模拟实践进行公差分析的演示。
© 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.
开始
3
© 2011 CYBERNET SYSTEMS
CO.,LTD. All Rights Reserved.
N(100,0.2
2) （N：正 态分布）
根据实际的误差大小，公差 范围之外的数值的产生概率 也会变化
偏
差：
σ＝
0.2
99. 5
公1差00：
100. 5
±0.5
公差和偏差
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。
公差基础知识培训教材(PPT169页)
一、公差与测量概述
3.互换性的作用
使用过程： 方便替换
缩短维修时间和节约费用
生产制造： 专业化协调生产 提高产品质量和生产效率
装配过程： 缩短装配时间 提高效率
产品设计： 简化绘图、计算 加速产品更新换代
问题：如何使工件具有互换性？ 若制成的一批零件实际尺寸数
值等于理论值，即这些零件完全相同，这当然能够互换。但在生产上 不可能，且没有必要。因而实际生产只要求制成零件的实际参数值在 一定范围内变动，保证零件充分近似即可。
（2）遵守工艺等价原则。 未注公差——也叫自由公差。 而公差是允许尺寸的变动范围，是没有正负号的绝对值，也不能为零（零值意味着加工误差不存在，是不可能的）。
标准按不同的级别颁发。
公差基础知识培训
一、公差与测量概述
二、尺寸公差基础知识
目
三、形位公差基础知识
录
四、表面粗糙度基础知识
五、测量技术基础知识
标准的含义：为在一定的范围内获得最佳秩序，对活动或结果规定的 共同的和重复使用的规则、导则或特性文件。它是实现互换性的基础。
2 . 标准化：现代化生产的特点是品种多、 规模大、 分工细、 协作多 ， 为使社会生产有序地进行，必须通过标准化使产品规格简化，使分散的
、局部的生产环节相互协调和统一。
标准化的含义：制定、颁布、实施标准的全部活动过程。
公差与偏差是两个不同的概念。 公差表示制造精度的要求，反映加工的难易程度。 偏差表示与基本尺寸远离程度，它表示公差带的位置，影 响配合的松紧程度。
二、尺寸公差基础知识
公差与极限偏差的比较
•两者区别： •从数值上看：极限偏差是代数值，正、负或零值是有意义的； 而公差是允许尺寸的变动范围，是没有正负号的绝对值，也不能 为零（零值意味着加工误差不存在，是不可能的）。实际计算时 由于最大极限尺寸大于最小极限尺寸，故可省略绝对值符号。 •从作用上看：极限偏差用于控制实际偏差，是判断完工零件是 否合格的根据，而公差则控制一批零件实际尺寸的差异程度。 •从工艺上看：对某一具体零件，公差大小反映加工的难易程度 ，即加工精度的高低，它是制定加工工艺的主要依据，而极限偏 差则是调整机床决定切削工具与工件相对位置的依据。 •两者联系：公差是上、下偏差之代数差的绝对值，所以确定了 两极限偏差也就确定了公差。
机构设计与公差分析
6. 按要求計算變異
第六步 – 計算變異, WC or RSS ?
1. 確定組裝要求
以上的計算結果 WC: 最小間隙Xmin=–0.10 mm RSS: 最小間隙Xmin=0.42 mm
2. 建立封閉尺寸鏈圖 3. 轉換名義尺寸，將公差 轉成對稱公差 4. 按要求計算名義尺寸
5. 確定公差分析的方法
• • • • 驗證設計是否達到預期的品質水準. 帶較少缺點的良率產品. 預防生產重工和延誤. 降低產品的返修率(降低成本).
什麽地方使用公差分析
• • 單個零件或元件出現公差堆積。 在公差堆積中，用公差分析可以確定總的變異結果。在機構設計中，它是一個很重要的挑戰。
單個零件和元件的公差堆疊
13.00 ± 0.20
很明顯在此等級的制程損壞是不可接受的。因此，最近“6σ”的方法越來越被廣泛使 用在評估制程品質上。方法的概念是獲得制程特性的中心值是在距離兩個公差極限值6σ範圍內。 在此有效制程條件下，即使1.5σ的偏移産生，也可保證百萬分之3.4的超出公差的比率。
1 2 3
2
2
2
2 4
16
16
16
16
2
T tot T 1 T 2 T 3 T 4
n
2
2
2
2
2
T tot
6. 按要求計算變異
T T T T
1 2 3
2
2
2
T tot 4
T
i 1
2
i
讓我們用 WC 和 RSS來計算這些變數，然後做個比較！
第六步 – 計算變異, WC
極值法 (WC)
1. 確定組裝要求
•
間隙變數是個體公差的總和.
机构设计公差分析培训教材64页
18.11.2019
怎么地方使用公差分析 ?
• 单个零件或组件出现公差堆积。 • 在公差堆积中，用公差分析可以确定总的变异结果。在机构设计中，它是一个很重.00 ± 0.20
35.00 ± ? 10.00 ± 0.15 12.00 ± 0.10
20.00 ± 0.30
必要条件 (Gap > 0)
15.00 ± 0.25
10.00 ± 0.15
零件 3
零件 2 零件 4
零件 1
mean - LSL
USL - mean
Tolerance range
一般公差分析的理论
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品 质的要求的过程。
18.11.2019
公差分析的优点
公差分析:
• 验证设计是否达到预期的品质水平. • 带较少缺点的良率产品. • 预防生产重工和延误. • 降低产品的返修率 (降低成本).
人数
160-164 165-169 170-174 175-179 180-184 185-189 190-194 195-199 200-204 205-209
变异的一般分布图
正态分布 normality distribution 双峰分布（非正态分布）
偏斜分布（非正态分布）
18.11.2019
• 在堆叠公差时，有以下几种方法:
– 手工. – 用电子数据表，比如Nokia Excel 模板. 这在
NOKIA是首选的方法! – 用公差分析软件，比如 VisVSA™.
• 这份教材重点是讲用NOKIA模板分析一个尺 寸的堆叠。按组装要求，分为六步来分析。
第一步 – 确定组装要求
怎么地方使用公差分析 ?
• 单个零件或组件出现公差堆积。 • 在公差堆积中，用公差分析可以确定总的变异结果。在机构设计中，它是一个很重.00 ± 0.20
35.00 ± ? 10.00 ± 0.15 12.00 ± 0.10
20.00 ± 0.30
必要条件 (Gap > 0)
15.00 ± 0.25
10.00 ± 0.15
零件 3
零件 2 零件 4
零件 1
mean - LSL
USL - mean
Tolerance range
一般公差分析的理论
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品 质的要求的过程。
18.11.2019
公差分析的优点
公差分析:
• 验证设计是否达到预期的品质水平. • 带较少缺点的良率产品. • 预防生产重工和延误. • 降低产品的返修率 (降低成本).
人数
160-164 165-169 170-174 175-179 180-184 185-189 190-194 195-199 200-204 205-209
变异的一般分布图
正态分布 normality distribution 双峰分布（非正态分布）
偏斜分布（非正态分布）
18.11.2019
• 在堆叠公差时，有以下几种方法:
– 手工. – 用电子数据表，比如Nokia Excel 模板. 这在
NOKIA是首选的方法! – 用公差分析软件，比如 VisVSA™.
• 这份教材重点是讲用NOKIA模板分析一个尺 寸的堆叠。按组装要求，分为六步来分析。
第一步 – 确定组装要求
公差分析培训教程(ppt 143页)
X2－μ（－）
X2
σ （数值大）
μ
标准方差大 ＝误差大
X1－μ（＋）
X1
μ
15
Copyright © Cybernet Systems China 2014. All Rights Reserved.
© 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.
上午进行演示。 ・装配状态变化的场合 ・介绍在考虑到浮动、几何公差情况下，使用工 具的优势。
模拟实践进行公差分析的演示。
© 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.
ENERGY FOR YOUR INNOVATION
开始
3
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实测数据 平均：μ
σ
实测数据 分布
※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
LTL
②Cpk
公差中心值：T
UTL
公差带
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。 实测数据
平均：μ
Cpk＝
（UTL－LTL）－2│μ－T│ 6σ
μ ： 实测数据的平均值
实测数据平均的 偏离
11：00 ～12：00
入职教育(Orientation) 何为公差分析？ 确认问题 公差分析基础
CETOL6σ、TAE概要、演示
ENERGY FOR YOUR INNOVATION
内
容
简要说明
说明公差分析的目的、必要性。 根据手工计算来确认问题。 学习公差分析计算方法的基础。
最新的公差培训教材
1.3 优先数和优先数系
(preferred number/ series of preferred number)
在机械设计中，常常需要确定很多参数，而这些参数往往 不是孤立的，一旦选定，这个数值就会按照一定规律，向 一切有关的参数传播。例如，螺栓的尺寸一旦确定，将会 影响螺母的尺寸、丝锥板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加 工螺栓孔的钻头的尺寸等。由于数值如此不断关联、不断 传播，所以，机械产品中的各种技术参数不能随意确定。
标准的范围极广,种类繁多,涉及到人类生活 的各个方面.本课程研究的公差标准、检测 器具和方法标准,大多属于国家基础标准.
1.2.2 标准的级别
标准按不同的级别颁发。我国标准分为国家标准、 行业标准、地方标准和企业标准。
对需要在全国范围内统一的技术要求，应当制定 国家标准，代号为GB，
数
简单易记
课题二 光滑圆柱体结合
的公差与配合
第2章 光滑圆柱体结合的公差与配合
2.1 公差与配合的基本术语及定义 2.2 公差与配合国家标准 2.3 国际标准规定的公差带与配合 2.4 常用尺寸公差与配合的选用 2.5 一般公差 线性尺寸的未注公差
2.1 公差与配合的基本术语及定义
允许零件几何参数的变动量称为公差。
1.1.2 互换性的分类
分类：互换性按其互换程度分为完全互换 和不完全互换。
定义：
完全互换—装配时不需挑选和修配。 不完全互换—装配时允许挑选、调整和修配。
应用：零部件厂际协作应采用完全互换， 部件或构件在同一厂制造和装配时，可采 用不完全互换。
差值为正时,称为间隙(clearance),用X表示; 差值为负时,称为过盈(interference),用Y表示.
机构设计公差分析培训教材
产品的检查
从产品设计
2019/10/22
技术的选择 优化的设计 公差分析
Aim
高品质 高良率 低Low FFR
2019/10/22
2019/10/22
正态分布的特点
标准差, (s or )
变形点
平均值, (x or µ) 数据的百分比，在给定的西格玛 ()范围
-6 -5 -4 -3 -2 -1
主要内容
第一部分：统计学应用于公差分析的背景
3
第二部分：一般公差分析的理论
15
第三部分：公差分析在诺基亚专案中的应用
29
第四部分：特殊情态
54
2019/10/22
统计学应用于公差分析的背景
这部分主要目的是介绍统计学应用于公差分析的背景，强调加工制造能力的重 要性。
2019/10/22
变异
下偏差
上偏差
• 品质要求 • 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
6. 按要求计算变异 2019/10/22
第二步 – 封闭尺寸链图
1. 确定组装要求 2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
5. 确定公差分析的方法
6. 按要求计算变异 2019/10/22
• 间隙变量是个体公差的总和.
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
5. 确定公差分析的方法
6. 按要求计算变异
n
Ttot Ti i 1
Ttot
= 最大的预期间隙变量(对称公差) .
n
= 独立尺寸的堆叠数量.
Ti
= 第i个尺寸对称公差.
从产品设计
2019/10/22
技术的选择 优化的设计 公差分析
Aim
高品质 高良率 低Low FFR
2019/10/22
2019/10/22
正态分布的特点
标准差, (s or )
变形点
平均值, (x or µ) 数据的百分比，在给定的西格玛 ()范围
-6 -5 -4 -3 -2 -1
主要内容
第一部分：统计学应用于公差分析的背景
3
第二部分：一般公差分析的理论
15
第三部分：公差分析在诺基亚专案中的应用
29
第四部分：特殊情态
54
2019/10/22
统计学应用于公差分析的背景
这部分主要目的是介绍统计学应用于公差分析的背景，强调加工制造能力的重 要性。
2019/10/22
变异
下偏差
上偏差
• 品质要求 • 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
6. 按要求计算变异 2019/10/22
第二步 – 封闭尺寸链图
1. 确定组装要求 2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
5. 确定公差分析的方法
6. 按要求计算变异 2019/10/22
• 间隙变量是个体公差的总和.
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
5. 确定公差分析的方法
6. 按要求计算变异
n
Ttot Ti i 1
Ttot
= 最大的预期间隙变量(对称公差) .
n
= 独立尺寸的堆叠数量.
Ti
= 第i个尺寸对称公差.
公差分析培训教程(ppt 143页)
3
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。
22
②极限值的累积计算（worst case）
• 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。
功能多样化
多机能化
小型化
降低成本
机能 性能 外观
装配简易
价格下调 提高品质
技术革新
供给多样化
要求
缩短ห้องสมุดไป่ตู้间
品质竞争
6
© 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.
6
偏差与公差
为了达到目的,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。
公差中心值：T
UTL
公差带
– 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
±3σ
2T（公差带）＝6σ
±2σ ±σ
→T（单边的公差）＝3σ
最新的公差培训教材
4.尺寸公差带图
ES Th
由于公差与偏差的数值相差较大，不便用同一比例表 示， 故采用公差带图。
孔
基本尺寸 ei
Ts
es EI
零线(zero line)：表示基本尺寸的一条直线，以其
为基准确定偏差和公差，零线以上为正，以下为 负。
+ 0 -
尺寸公差带(tolerance zone)：由代表上、下偏差
补充系列:仅用于分级很细的特殊场合
R80的公比：
派生系列：
q80 = 80 10 ≈ 1.03
R10/3的公比： q10/3 = (10 10)3 = 2
1.3.2 优先数和优先数系的构成
优先数系的五个系列中任一个项值均为优先数。 按公比计算得到的优先数的理论值，除10的整数 幂外，都是无理数，工程技术上不能直接应用。 实际应用的都是经过圆整后的近似值。根据圆整 的精确程度，可分为：
Th=︱ D - max Dmin ︱= ︱ ES-EI︱ Ts=︱ d - max dmin ︱= ︱ es-ei︱
3.公差与极限偏差的比较
两者区别：
从数值上看：极限偏差是代数值，正、负或零值是有意义的；
而公差是允许尺寸的变动范围，是没有正负号的绝对值，也不能 为零（零值意味着加工误差不存在，是不可能的）。实际计算时 由于最大极限尺寸大于最小极限尺寸，故可省略绝对值符号。
标准的范围极广,种类繁多,涉及到人类生活 的各个方面.本课程研究的公差标准、检测 器具和方法标准,大多属于国家基础标准.
1.2.2 标准的级别
标准按不同的级别颁发。我国标准分为国家标准、 行业标准、地方标准和企业标准。
对需要在全国范围内统一的技术要求，应当制定 国家标准，代号为GB，
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Ttot n Ti T
Ti 2
i 1
n
= 最大的预期间隙变量(对称公差) . = 独立尺寸的堆叠数量. = 第i个尺寸对称公差.
5. 确定公差分析的方法
tot
0.152 0.252 0.302 0.402 0.335 0.58
6. 按要求计算变异
最大间隙 Xmin = dGap – Ttot = 1.00 – 0.58 = 0.42 最小间隙 Xmax = dGap + Ttot = 1.00 + 0.58 = 1.58 最小间隙的要求 (dGap >0) 完全达到
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
• • • • • • • •
5. 确定公差分析的方法
6. 按要求计算变异
2013-9-11
第二步 – 封闭尺寸链图
1. 确定组装要求
46.20 +0.20 - 0.60 必要条件 (Gap > 0)
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
99.9937 %
99.999943 %
99.9999998 %
2013-9-11
正态分布的参数
• 平均值 (x)
– 分布的位置
x1 x 2 ... x N x N
• 范围 (R)
– 最大值与最小值之间的距离 – Sensitive to outliers
• 标准差 (s)
– 反映样本内各个变数与平均数差异大小的一个 统计参数 – 最常用的量测法，量化可变性
总体参数 = 总体平均值 = 总体标准差
样本统计 x = 样本平均值 s = 样本标准差
s
2013-9-11
x
制程性能指标 Ppk
mean - LSL USL - mean Ppk min , 3 sLT 3 sLT
参数
• • • • • Ppk 是制程性能指标 sLT 是长期标准差 LSL是规格的下限 USL是规格的上限 mean 是实际制程的平均值
Aim
高品质 高良率 低Low FFR 技术的选择 优化的设计 公差分析
从产品设计
2013-9-11
柱状图
• 柱状图能提供制程的分布形状，位置及区域的初步评估 • 柱状图也是呈现变异几何的方法 • There may be outliers
某单位男人高度 (假设)
600 400 人数 200 0
2013-9-11
Sample mean
Nominal value
LSL
Process variation 3s
mean - LSL
USL
Process variation 3s
USL - mean Tolerance range
2013-9-11
一般公差分析的理论
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品 质的要求的过程。
– – – 手工. 用电子数据表，比如Nokia Excel 模板. 这在 NOKIA是首选的方法! 用公差分析软件，比如 VisVSA™.
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差
•
这份教材重点是讲用NOKIA模板分析一个尺 寸的堆叠。按组装要求，分为六步来分析。
4. 按要求计算名义尺寸
目标 规格范围
两种主要的变异类型
1. 加工制程的变异
– – – – –
2013-9-11
2.
组装制程的变异
– – 工装夹具错误 组装设备的精度
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
变异的控制
变异的控制
从加工制造
解决方案
制成的选择 制程的控制 (SPC) 产品的检查
2. 统计法(Root Sum of Squares),简称RSS
5. 确定公差分析的方法 – – – 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叠 用于产量达的零件
6. 按要求计算变异
RSS 方法是基于什么计算 ? 请看后面的说明
2013-9-11
第五步 – 方法的定义, 统计手法
20.00 ± 0.30
15.00 ± 0.25
10.00 ± 0.15
零件 3
零件 2
零件 1
零件 4
D (d4 )
II
必要条件 X (dGap ) > 0 B (d2 ) A (d1 )
5. 确定公差分析的方法
+
IV
6. 按要求计算变异
C (d3 )
III
I
2013-9-11
第三步 – 转换名义尺寸
T tot
T
i 1
n
2
i
让我们用 WC 和 RSS来计算这些变量，然后做个比较！
2013-9-11
第六步 – 计算变异, WC
极值法 (WC)
1. 确定组装要求
•
间隙变量是个体公差的总和.
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
Ttot Ti
6. 按要求计算变异
增加 0.10 达到最小间隙的要求 (dGap >0).
2013-9-11
第六步 – 计算变异, RSS
1. 确定组装要求
统计法 (RSS)
• 间隙变量是个体公差的平方和再方根.
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
Ttot
i 1
n
Ttot n Ti
= 最大的预期间隙变量(对称公差) . = 独立尺寸的堆叠数量. = 第i个尺寸对称公差.
Tto3; 0.40 = 1.10
5. 确定公差分析的方法
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
2013-9-11
公差分析的优点
公差分析:
• • • 验证设计是否达到预期的品质水平. 带较少缺点的良率产品. 预防生产重工和延误.
•
降低产品的返修率 (降低成本).
2013-9-11
怎么地方使用公差分析 ?
• • 单个零件或组件出现公差堆积。 在公差堆积中，用公差分析可以确定总的变异结果。在机构设计中，它是一个很重要的挑战。
205-209
160-164
165-169
170-174
175-179
180-184
185-189
190-194
195-199
200-204
变异的一般分布图
正态分布 normality distribution
100
双峰分布（非正态分布）
50 0 16 18 20 22 24 26 28
偏斜分布（非正态分布）
假设
• 所有尺寸都在公差极限范围内.
风险
•用于零件数量大，WC法将会零件公差小， • 如果部分或所有RSS 假设是无效的，结果的可靠性 良率低. 会降低 • 零件成本高的风险.
+/-
+ 可以100%达到公差范围内计算，假设 所有尺寸都在公差极限内是不现实的。 - 在极限值状态组装的机率是非常低的。
+ 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。 - 太多的假设
2013-9-11
第六步 – 计算变异, WC or RSS ?
1. 确定组装要求
以上的计算结果
WC: 最小间隙 Xmin = –0.10 mm RSS: 最小间隙 Xmin = 0.42 mm
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
使用哪一个 ?
第五步 – 公差分析方法的定义
1. 确定组装要求
怎样计算间隙的变异 ?
一般应用比较多的公差分析模式是： 1. 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
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
单个零件和组件的公差堆叠
13.00 ± 0.20
35.00 ± ?
10.00 ± 0.15
12.00 ± 0.10
零件 4
45.00 ± ?
20.00 ± 0.30
15.00 ± 0.25
10.00 ± 0.15
零件 3
零件 2
零件 1
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堆叠公差分析过程
1. 确定组装要求
•
在堆叠公差时，有以下几种方法:
T tot T 1 T 2 T 3 T 4 T tot T 1 T 2 T 3 T 4 16 16 16 16 16
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
5. 确定公差分析的方法
T tot
6. 按要求计算变异
T T T T
2 2 2 2 1 3
2 4
60 50 40 30 20 10 0
4
5
6
7
8
9
10 11
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正态分布的特点
标准差, (s or ) 变形点
平均值, (x or µ)
Ti 2
i 1
n
= 最大的预期间隙变量(对称公差) . = 独立尺寸的堆叠数量. = 第i个尺寸对称公差.
5. 确定公差分析的方法
tot
0.152 0.252 0.302 0.402 0.335 0.58
6. 按要求计算变异
最大间隙 Xmin = dGap – Ttot = 1.00 – 0.58 = 0.42 最小间隙 Xmax = dGap + Ttot = 1.00 + 0.58 = 1.58 最小间隙的要求 (dGap >0) 完全达到
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
• • • • • • • •
5. 确定公差分析的方法
6. 按要求计算变异
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第二步 – 封闭尺寸链图
1. 确定组装要求
46.20 +0.20 - 0.60 必要条件 (Gap > 0)
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
99.9937 %
99.999943 %
99.9999998 %
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正态分布的参数
• 平均值 (x)
– 分布的位置
x1 x 2 ... x N x N
• 范围 (R)
– 最大值与最小值之间的距离 – Sensitive to outliers
• 标准差 (s)
– 反映样本内各个变数与平均数差异大小的一个 统计参数 – 最常用的量测法，量化可变性
总体参数 = 总体平均值 = 总体标准差
样本统计 x = 样本平均值 s = 样本标准差
s
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x
制程性能指标 Ppk
mean - LSL USL - mean Ppk min , 3 sLT 3 sLT
参数
• • • • • Ppk 是制程性能指标 sLT 是长期标准差 LSL是规格的下限 USL是规格的上限 mean 是实际制程的平均值
Aim
高品质 高良率 低Low FFR 技术的选择 优化的设计 公差分析
从产品设计
2013-9-11
柱状图
• 柱状图能提供制程的分布形状，位置及区域的初步评估 • 柱状图也是呈现变异几何的方法 • There may be outliers
某单位男人高度 (假设)
600 400 人数 200 0
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Sample mean
Nominal value
LSL
Process variation 3s
mean - LSL
USL
Process variation 3s
USL - mean Tolerance range
2013-9-11
一般公差分析的理论
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品 质的要求的过程。
– – – 手工. 用电子数据表，比如Nokia Excel 模板. 这在 NOKIA是首选的方法! 用公差分析软件，比如 VisVSA™.
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差
•
这份教材重点是讲用NOKIA模板分析一个尺 寸的堆叠。按组装要求，分为六步来分析。
4. 按要求计算名义尺寸
目标 规格范围
两种主要的变异类型
1. 加工制程的变异
– – – – –
2013-9-11
2.
组装制程的变异
– – 工装夹具错误 组装设备的精度
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
变异的控制
变异的控制
从加工制造
解决方案
制成的选择 制程的控制 (SPC) 产品的检查
2. 统计法(Root Sum of Squares),简称RSS
5. 确定公差分析的方法 – – – 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叠 用于产量达的零件
6. 按要求计算变异
RSS 方法是基于什么计算 ? 请看后面的说明
2013-9-11
第五步 – 方法的定义, 统计手法
20.00 ± 0.30
15.00 ± 0.25
10.00 ± 0.15
零件 3
零件 2
零件 1
零件 4
D (d4 )
II
必要条件 X (dGap ) > 0 B (d2 ) A (d1 )
5. 确定公差分析的方法
+
IV
6. 按要求计算变异
C (d3 )
III
I
2013-9-11
第三步 – 转换名义尺寸
T tot
T
i 1
n
2
i
让我们用 WC 和 RSS来计算这些变量，然后做个比较！
2013-9-11
第六步 – 计算变异, WC
极值法 (WC)
1. 确定组装要求
•
间隙变量是个体公差的总和.
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
Ttot Ti
6. 按要求计算变异
增加 0.10 达到最小间隙的要求 (dGap >0).
2013-9-11
第六步 – 计算变异, RSS
1. 确定组装要求
统计法 (RSS)
• 间隙变量是个体公差的平方和再方根.
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
Ttot
i 1
n
Ttot n Ti
= 最大的预期间隙变量(对称公差) . = 独立尺寸的堆叠数量. = 第i个尺寸对称公差.
Tto3; 0.40 = 1.10
5. 确定公差分析的方法
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
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公差分析的优点
公差分析:
• • • 验证设计是否达到预期的品质水平. 带较少缺点的良率产品. 预防生产重工和延误.
•
降低产品的返修率 (降低成本).
2013-9-11
怎么地方使用公差分析 ?
• • 单个零件或组件出现公差堆积。 在公差堆积中，用公差分析可以确定总的变异结果。在机构设计中，它是一个很重要的挑战。
205-209
160-164
165-169
170-174
175-179
180-184
185-189
190-194
195-199
200-204
变异的一般分布图
正态分布 normality distribution
100
双峰分布（非正态分布）
50 0 16 18 20 22 24 26 28
偏斜分布（非正态分布）
假设
• 所有尺寸都在公差极限范围内.
风险
•用于零件数量大，WC法将会零件公差小， • 如果部分或所有RSS 假设是无效的，结果的可靠性 良率低. 会降低 • 零件成本高的风险.
+/-
+ 可以100%达到公差范围内计算，假设 所有尺寸都在公差极限内是不现实的。 - 在极限值状态组装的机率是非常低的。
+ 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。 - 太多的假设
2013-9-11
第六步 – 计算变异, WC or RSS ?
1. 确定组装要求
以上的计算结果
WC: 最小间隙 Xmin = –0.10 mm RSS: 最小间隙 Xmin = 0.42 mm
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
使用哪一个 ?
第五步 – 公差分析方法的定义
1. 确定组装要求
怎样计算间隙的变异 ?
一般应用比较多的公差分析模式是： 1. 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
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
单个零件和组件的公差堆叠
13.00 ± 0.20
35.00 ± ?
10.00 ± 0.15
12.00 ± 0.10
零件 4
45.00 ± ?
20.00 ± 0.30
15.00 ± 0.25
10.00 ± 0.15
零件 3
零件 2
零件 1
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堆叠公差分析过程
1. 确定组装要求
•
在堆叠公差时，有以下几种方法:
T tot T 1 T 2 T 3 T 4 T tot T 1 T 2 T 3 T 4 16 16 16 16 16
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
5. 确定公差分析的方法
T tot
6. 按要求计算变异
T T T T
2 2 2 2 1 3
2 4
60 50 40 30 20 10 0
4
5
6
7
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正态分布的特点
标准差, (s or ) 变形点
平均值, (x or µ)