过程能力与公差分析及Creo应用培训讲学

1、过程过程(guchng)(guchng)能力与公差分能力与公差分析析CreoCreo公差分析应用公差分析应用第一页，共37页。内内 容容一. 尺寸公差二. 过程能力用于公差分析的背景三. 一般(ybn)公差分析的理论四. Creo公差分析模块第二页，共37页。一. 尺寸(ch cun)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(ji gng)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。第三页，共37页

2、。一. 尺寸(ch cun)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(zh ge)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0.60.8之间。设计者希望在0.60.8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。第四页，共37页。变异(biny)下偏差下偏差上偏差上偏差目标目标规格范围规格范围1. 加工制程的变异材料(cilio)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

3、磨损标准错误2. 组装(z zhun)制程的变异工装夹具错误组装(z zhun)设备的精度两种主要的变异类型两种主要的变异类型二二. . 过程能力过程能力用于用于公差分析的背景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。第五页，共37页。变异(biny)控制解决方案解决方案制程的选择制程的选择制程的控制制程的控制(kngzh) (SPC)(kngzh) (SPC)产品的检查产品的检查技术的选择技术的选择优化的设计优化的设计公差分析公差分析变异

4、控制变异控制从加工从加工(ji gng)(ji gng)制造制造从产品设计从产品设计目标目标高质量高良率低Low FFR二二. . 过程能力过程能力用于用于公差分析的背景公差分析的背景第六页，共37页。变异的分布(fnb)类型正态分布双峰分布（非正态分布）偏斜(pin xi)分布（非正态分布） 2826242220181610050045678910 110102030405060二二. . 过程能力用于公差分析过程能力用于公差分析(fnx)(fnx)的背景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。第七页，共37页。二二. . 过程能力用于公差过程能力用于公差(gngch)

5、(gngch)分析的背景分析的背景正态分布若随机变量 X服从一个位置(wi zhi)参数为 、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XN( ,2)，读作X服从 N( ,2)，或 X 服从正态分布。应用于工程(gngchng)中：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。第八页，共37页。99.9937 %-3 -4 -5 -6 +3 +4 +5 +6 99.73 %99.999943 %99.9999998 %-2 -1 +2 +1 变形(bin xng)点 标

6、准差, (s 或 )数据的百分比，在给定(i dn)的西格玛 ()范围95.46 %68.26 %平均值, (x 或 )正态分布的特点依概率理论(lln)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。二. 过程能力用于公差分析的背景第九页，共37页。正态分布的参数(cnsh)平均值平均值 ( x ( x 或或 ) )分布的位置分布的位置范围范围 (R) (R)最大值与最小值之间的距离最大值与最小值之间的距离标准差标准差 (s (s 或或 ) )反映一个数据集的离散程度反映一个数据集的离散程

7、度最常用最常用(chn yn)(chn yn)的量测法，量化可的量测法，量化可变性变性方差方差 (s2 (s2 或或 2)2)标准差的平方标准差的平方minmaxR1n)X(Xn1i2isxxxxNN12.2s二. 过程能力用于公差分析(fnx)的背景第十页，共37页。总体(zngt)参数m = 总体(zngt)平均值 = 总体(zngt)标准差总体(zngt)参数与样本统计总体总体现有的及将来会出现的所有单元或个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我们将永远都不可能知道(zh do)(zh do)的真实的真实总体总体样本样本从总体提取的单元或个体的子集用样本统计，我们可

8、以尝试评估总体参数mx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第十一页，共37页。过程能力(nngl)指数参数Cp/Cpk 是过程能力指数 是标准差LSL 是规格(gug)的下限USL 是规格(gug)的上限 是实际制程的平均值USL-LSLSample meanNominal value - LSLUSLTolerance range二. 过程(guchng)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（不考虑中值偏移）（考虑中值偏移）第十二页，共37页。二二.

9、. 过程能力用于公差过程能力用于公差(gngch)(gngch)分析的背景分析的背景过程能力评价(pngji)过程能力与K()、合格率、PPM对应表Cpk等级等级评价评价Cpk1.67A过程能力过高，可考虑宽松的控制方法，降低成本 1.67 Cpk 1.33 B能力良好，状态稳定应保持，考虑简化检验 1.33 Cpk 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1.0 Cpk 0.67D制程不良较多，产品必须全检，必须提升其能力Cpk 0)15.00 0.2510.00 0.15IIIIII46.20+0.20- 0.60B(d2)A(d1)C(d3

10、)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第十九页，共37页。46.00 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(xin tn)。按分析规则，应将其转成对称公差。第三步 转换名义(mngy)尺寸零件(ln jin) 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

11、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第二十页，共37页。niiGapdd1名义(mngy)值间隙是:dGap= 名义值间隙。正值是空隙，负值(f zh)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(b yo tio jin)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

12、三. 一般公差分析的理论第二十一页，共37页。一般应用比较多的公差分析方法是：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极值法 (Worst Case)，简称WC验证 100 % 性能(xngnng)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(gngch)分析方法的定义3. 转换名义尺寸，将公差转成对称(duchn)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第二十二页，

13、共37页。1. 确定组装(z zhun)要求统计法 (RSS) 统计手法正态分布可以(ky)求和所有的变异.ssssstot242322212niitottottottotTTTTTTTTTTTTTTTTT12242322212423222122423222121616161616假设每个尺寸的 Cpk 指标(zhbio)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

14、栈数量.Ti= 第i个尺寸对称公差.第二十三页，共37页。niitotTT1Ttot= 最大的预期间隙变量(对称公差) .n= 独立(dl)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(gngch)的总和.3. 转换名义尺寸(ch cun)，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第二十四页，共37页。统计法 (RSS)：最小间隙(jin x) Xmin=dGapTtot= 1.00 0.58 = 0.42最大间隙(jin

15、x) Xmax=dGap+Ttot= 1.00 + 0.58 = 1.58最小间隙(jin x)的要求(dGap0)完全达到58. 0335. 040. 030. 025. 015. 02222totT第六步 计算(j sun)变异, RSS3. 转换名义尺寸(ch cun)，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=dGapTtot= 1.00 1.10 = 0.10 最大间隙 Xmax

16、=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)：第二十五页，共37页。第六步 计算(j sun)变异, WC or RSS ?以上(yshng)的计算结果WC: 最小间隙Xmin=0.10 mmRSS: 最小间隙Xmin=0.42 mm3. 转换名义(mngy)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第二十六页，共37页。下图为假定每个尺寸(ch

17、cun)的公差为 0.10，通过WC和RSS方法计算组装公差，尺寸(ch cun)（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(fngf)之间差异百分比三. 一般公差分析(fnx)的理论第二十七页，共37页。方法WCRSS假设所有尺寸都在公差极限范围内.所有尺寸都是正态分布.所有尺寸的制程平均值与规格中心相等.尺寸的分布是全部没有偏差.所有公差体现的都是相同标准差数量 ( or s).尺寸都是对称公差.风险用于零件数量大，WC法将会使零件公差很小，良率低.零件成本高的风险.如果部分或所有RSS 假设是无效的，结果的可靠性会降低优点优点 使用方法简单 假如假

18、设条件不成立的情况下，也有可能达到产品要求 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。缺点缺点在多零件的产品中应用机率较低太多的假设WC 和 RSS 方法的假设(jish), 风险及优缺点三. 一般公差(gngch)分析的理论第二十八页，共37页。一些指导原则，什么(shn me)时候当用 WC 和 RSS 方法在尺寸累积中，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尺寸累积中，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(fichng)了解（旧的类似零件）三. 一般公差分析(fnx)的理论第二十九页，共37页。四. Cr

19、eo公差(gngch)分析模块PTC Creo Parametric“由 CETOL Technology 提供支持(zhch)的 Tolerance Analysis” 界面，如下图所示。借助软件分析，我们只要关注公差分析的各个参数即可，不必要关心计算的过程。可以做不同尺寸不同Cp值的分析。提供质量预测。提供控制(kngzh)重点尺寸。提供WC及RSS两种方法的分析结果。第三十页，共37页。四. Creo公差分析(fnx)模块定义(dngy)分析目标：定义要分析哪个(n ge)尺寸分析的期望值（标准）第三十一页，共37页。四. Creo公差分析(fnx)模块定义(dngy)尺寸链，通过在3D图中选取：尺寸(ch cun)链定义尺寸链图第三十二页，共37页。四