机构设计公差分析培训资料(夏普株式会社)

机构设计公差分析培训教材SharpCorporationシャープ株式会社28-Sep.-2011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。变异下偏差上偏差目标规格范围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变异的控制解决方案制成的选择制程的控制(SPC)产品的检查技术的选择优化的设计公差分析变异的控制从加工制造从产品设计Aim高品质高良率低LowFFR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•Theremaybeoutliers0200400600人数160-164165-169170-174175-179180-184185-189190-194195-199200-204205-209某单位男人高度(假设)变异的一般分布图正态分布normalitydistribution双峰分布（非正态分布）偏斜分布（非正态分布）282624222018161005004567891011010203040506099.9937%-3-4-5-6+3+4+5+699.73%99.999943%99.9999998%正态分布的特点-2-1+2+1变形点标准差,(sor)数据的百分比，在给定的西格玛()范围95.46%68.26%平均值,(xorµ)正态分布的参数•平均值(x)–分布的位置•范围(R)–最大值与最小值之间的距离–Sensitivetooutliers•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•变量(s2)–标准差的平方xxxxNN12...总体参数=总体平均值=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•比如，所有的Nokia9210生产总量。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•比如，Nokia9210在2001年41周生产的样本xs样本统计x=样本平均值s=样本标准差Processvariation3s制程性能指标Ppk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USL-meanLSLSamplemeanNominalvaluemean-LSLLTLTpksmeanUSLsLSLmeanP3-,3-minUSLProcessvariation3sTolerancerange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。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).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。单个零件和组件的公差堆叠零件3零件2零件120.00±0.3015.00±0.2510.00±0.1545.00±?35.00±?13.00±0.2010.00±0.1512.00±0.10零件4堆叠公差分析过程•在堆叠公差时，有以下几种方法:–手工.–用电子数据表，比如NokiaExcel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。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•一些产品要求的例子:•装配要求•换壳；无固定的配对组装（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•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零件3零件2零件1零件420.00±0.30必要条件(Gap0)15.00±0.2510.00±0.15IIIIII46.20+0.20-0.60B(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46.00±0.4046.20+0.20-0.6045.60+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•钻孔是个例外，通常是实际的大于名义尺寸第三步–转换名义尺寸零件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.确定公差分析的方法4.按要求计算名义尺寸niiGapdd1•名义值间隙是:dGap=名义值间隙。正值是空隙，负值是干涉n=堆叠中独立尺寸的数量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(WorstCase)，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.统计法(RootSumofSquares),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叠–用于产量达的零件RSS方法是基于什么计算?请看后面的说明第五步–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1.确定组装要求统计法(RSS)–统计手法•正态分布可以求和所有的变量.让我们用WC和RSS来计算这些变量，然后做个比较！ssssstot242322212164433.122TsTssTPpkniitottottottotTTTTTTTTTTTTTTTTT12242322212423222122423222121616161616•假设每个尺寸的Ppk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niitotTT1Ttot=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.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Xmin=dGap–Ttot=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,WC3.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统计法(RSS)•间隙变量是个体公差的平方和再方根.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(dGap0)完全达到58.0335.040.030.025.015.02222totTniitotTT12第六步–计算变异,RSS3.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=独立尺寸的堆叠数量.Ti=第i个尺寸对称公差.第六步–计算变异,WCorRSS?以上的计算结果WC:最小间隙Xmin=–0.10mmRSS:最小间隙Xmin=0.42mm使用哪一个?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•当每个堆叠尺寸的公差为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.•所有尺寸都是独立统计.•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(ors).•尺寸都是对称公差.风险•用于零件数量大，WC法将会零件公差小，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+/-+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WC和RSS方法的假设,风险及+/-So一些指导原则，什么时候当用WC和RSS方法•在堆叠中，如果少于4个尺寸的•如果对这个制造工艺了解不足够的•在堆叠中，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）Nokia专案的公差分析这部分主要介绍在Nokia专案设计应用的公差分析表格，它可以给参与专案设计的设计者一些基本能力。例1–LCD连接器的组装PWBLCDSpringConnectorLCDUIFrameLightGuideLCDFoil功能要求•电子方面：PWB和LCDFoil通过弹片连接器连接可靠。•弹片可压缩最小极限(干涉量)是0.30mm.•在这个例子中，最大的压缩不是主要的考量因素。1.确定组装要求X-0.30mm例1–LCD连接器–第1步XD0.10±0.05C1.45±0.10B0.50±0.10E1.45±0.15A0.15±0.032.建立封闭尺寸链图PWBSolderingTinlayerLCDSpringConnectorLCDUIFrameLightGuideLCDFoil例1–LCD连接器–第2步Nogap在弹力作用下将没有间隙在弹力作用下将没有间隙+X=-A-B+C-D-E=(-0.15-0.50+1.45-0.10-1.45)mm=-0.75mm3.转换名义尺寸，将公差转成对称公差压缩的名义尺寸值(用公差分析表格，这个尺寸会自动计算出来):4.按要求计算名义尺寸XC1.45±0.10B0.50±0.10E1.45±0.15A0.15±0.03+•没尺寸需要转换。例1–LCD连接器–第3&4步D0.10±0.05例1–LCD连接器–第5步5.确定公差分析的方法•制造工艺是了解的，以及所有RSS假设是由依据的。•堆叠尺寸多于4个尺寸。使用RSS法!例1–LCD连接器–第6步6.按要求计算变异用Nokia的公差分析表进行堆叠分析，表格布局如下，Title:ProjectDateVer.FromToHDa16,Demi01-Mar-031.0ALCDFoilFoilthickness±0.0300.012.0%Reference#AxisBL