电子产品结构设计公差分析ppt课件

1、电子产品结构设计公差分析,内 容一.统计学用于公差分析的背景二.一般公差分析的理论,2,变异,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,一.统计学用于公差分析的背景,3,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,Aim 高质量 高良率 低Low FFR,一.统计学用于公差分析的背景,4,变异的一般分布图,正态分布 双峰分布（非正态分布） 偏斜分布（非正态分布）,一.统计

2、学用于公差分析的背景,5,99.9937 %,-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 or),数据的百分比，在给定的 西格玛 ()范围,95.46 %,68.26 %,平均值, (x or),正态分布的特点 依概率理论计算,99.73%的样本将落 在+/3的范围内,只有很小的概率 (0.27%)不在+/3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,一.统计学用于公差分析的背景,6,正态分布的参数,平均值 (x) 分布的位置 范围 (R) 最大值与

3、最小值之间的距离 标准差 (s) 反映样本内各个变量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 变量 (s2) 标准差的平方,一.统计学用于公差分析的背景,7,总体参数 m = 总体平均值 s = 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,样本统计 x= 样本平均值 s = 样本标准差,一.统计学用于公差分析的背景,8,Process variation3s,制程性能指标 CPK,参数 Cpk是制程性能指标 sLT是标准差 LSL是规格的下

4、限 USL是规格的上限 mean 是实际制程的平均值,USL-mean,LSL,Sample mean,Nominal value,mean - LSL,USL,Process variation3s,Tolerance range,C,一.统计学用于公差分析的背景,9,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。,二.一般公差分析的理论,10,公差分析的优点,公差分析: 验证设计是否达到预期的质量水平. 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).,二.一般公差分析的理论,11,什麽地方使用公差分析,单个零件或

5、元件出现公差堆积。 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。 单个零件和元件的公差堆栈,35.00 ?,13.00 0.20,10.00 0.15,12.00 0.10,零件 4,二.一般公差分析的理论,12,堆栈公差分析过程,在堆栈公差时，有以下几种方法: 手工. 用电子资料表，比如DELL Excel 模板.,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,二.一般公差分析的理论,13,一些产品要求的例子: 装配要求 更换部件；无固定的配对

6、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,二.一般公差分析的理论,14,零件 3,零件 2,零件 1,零件 4,20.00 0.30,必要条件 (Gap 0),15.00 0.25,10.00 0.15,I,II,III,46.20,+0.20 - 0.60,

7、B(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,二.一般公差分析的理论,15,46.00 0.40,46.20,+0.20 - 0.60,45.60,+0.80 - 0.00,从设计角度看，上图所有尺寸标注方法，其功能是相同。 按规则，设计者将使用双边公差,第三步 转换名义尺寸,零件 4,3. 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

8、. 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,二.一般公差分析的理论,16,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 = 1.00,B(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,二.一般公差

9、分析的理论,17,一般应用比较多的公差分析模式是： 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 统计法(Root Sum of Squares),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,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,二.一般公差分析的理论,18,1. 确定组装要求,统计法 (RSS) 统

10、计手法 正态分布可以求和所有的变异.,让我们用 WC 和 RSS来计算这些变量，然后做个比较！,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,二.一般公差分析的理论,19,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.,极值法 (WC) 间隙变量是个体公差的总和.,Ttot= 0.15 + 0.25 + 0.30 + 0.40 = 1.10 最小间隙

11、Xmin=dGapTtot= 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).,第六步 计算变异, WC,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,二.一般公差分析的理论,20,统计法 (RSS) 间隙变量是个体公差的平方和再方根.,最小间隙 Xmin=dGapTtot= 1.00 0.58 = 0.42 最大间隙 Xmax=dGap+Ttot= 1.00 + 0.5

12、8 = 1.58 最小间隙的要求(dGap0)完全达到,第六步 计算变异, RSS,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,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.,二.一般公差分析的理论,21,第六步 计算变异, WC or RSS ?,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,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

13、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,二.一般公差分析的理论,22,当每个堆栈尺寸的公差为 0.10时，通过WC和RSS方法计算组装公差,在WC 和 RSS方法之间百分比不同,二.一般公差分析的理论,23,WC 和 RSS 方法的假设, 风险及+/-,二.一般公差分析的理论,24,一些指导原则，什么时候当用 WC 和 RSS 方法,在堆栈中，如果少于4个尺寸的 如果对这个制造工艺了解不足够的 在堆栈中，如果有4个或多于4个尺寸的 只要有可能就尝试用它 当对制造工艺非常了解（旧的类似零件）,WC,RSS,二.一般公差分析的理论,25,6方法与DEL

14、L公差分析表格 统计学的计算方法假定：各个尺寸的发生概率按数理计算，同时大多数情况下符合正态分布，分布以概率密度的高斯曲线描述，“x”尺寸的时间概率按下面公式计算：,高斯的形状由两个参数描述，中心值定义结果尺寸出现频率最高的位置，标准差定义了曲线的“细长比”。,标准差变化的高斯曲线：,二.一般公差分析的理论,26,第六步 计算变异, RSS,高斯曲线和定义的零件的极限尺寸的交集为目标制程良率，超出曲线的为不良率：,通常工程领域，制造制程常常设置满足有效等级3。意味着结果尺寸的上限UL和下限 LL在 中心值的3以内。在高斯曲线的上下限以内等于总集合的99.73%，这个区域的産品符合规格要求。超出

15、的部分比率爲 0.27% ，爲尺寸超出的産品。,二.一般公差分析的理论,27,第六步 计算变异, RSS,RSS方法依据假设各个局部零件在3制程能力（质量）下制造。,极限值由此符合容许空间+/-3， 标准差设置如下：,封闭零件尺寸爲平均值,以及标准差：,二.一般公差分析的理论,28,6方法 通常工程领域，制造制程常常传统地设置满足有效等级3。大约百万个産品中2700个不良。 尽管这些超出地産品起初看起来非常良好，但在一些産品领域，越发不足。除此之外，从长期来 看几乎不可能保证制程特性曲线地中心值完全在容许范围地中心。以防大批量生産时的制程曲线 的中心值随着时间的推移而偏移，由于变化因子的影响（

16、错误的组装，工具和夹具的磨损，温度 变化等等。）1.5的偏移是典型的，对于接近3等级的制程能力，表现爲超出公差的比率爲百 万分之67000。,很明显在此等级的制程损坏是不可接受的。因此，最近“6”的方法越来越被广泛使 用在评估制程质量上。方法的概念是获得制程特性的中心值是在距离两个公差极限值6范围内。 在此有效制程条件下，即使1.5的偏移産生，也可保证百万分之3.4的超出公差的比率。,二.一般公差分析的理论,29,6的方法相对较新，它变得广泛而流行是在1980s和1990s。第一次是由Motorola公司 运用于实际而主要在美国被使用。它适用于高质量的制造流程和制程曲线会偏移的大批量 生産中。“6”防范是标准“RSS”的修改同时引入两个新的参数，(Cp, Cpk) ，被成爲 制程能力指数。这些能力指数被用于评估制造流程的质量。 Cp值用于对照传统的3制程能力而评估制造流程的质量。,对于容许空间+/-3，Cp等于1。对于高质量的制程，公差极限在距离中心值6的范围 内， Cp=2。