公差分析培训教程课件.ppt
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1、三维公差分析培训CYBERNET SYSTEM CHINA PIDO 秦家爱 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.2培训日程时间内容10:00 10:10入职教育(Orientation)简要说明10:10 11:00何为公差分析?确认问题公差分析基础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。11:00 12:00CETOL6、TAE概要、演示说明CETOL6、TAE(一维分析)的概要、使用方法。以简单的例题为例演示公差分析。12:00 13:00休息13:00 15:15演示装配状态変化的考
2、虑浮动、几何公差的考虑上午进行演示。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。15:15 15:30休息15:30 16:30实践演示模拟实践进行公差分析的演示。16:30 17:00总结记录调差问卷 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.3开始 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.4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
3、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。本会议中、再次认识公差分析的基础知识理解手工计算中公差的累积、简易公差分析工具(TAE)、三维公差分析工具(CETOL6)的顺序与特征应对复杂结构的方法三维公差分析的重要性与优势 通过以上项目介绍、演示和学习,达到可以使大家重新确认公差研究过程中的问题点,以及利用公差分析工具进行公差研究的目的。2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All
4、Rights Reserved.5公差分析概要 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.6 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。设计现场的现状供给多样化缩短时间提高品质降低成本多机能化小型化装配简易机能性能外观要求价格下调品质竞争功能多样化技术革新 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.7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
5、的单品质量误差或在装配过程中产生的误差累积。误差材料零件加工误差材料零件加工误差材料零件加工装配误差装配误差装配误差成品要设置出很严格的公差的话、就会导致高成本和高装配精度成本高 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.8公差分析目的公差分析是设计时所设置的尺寸公差和几何公差。计算零件在加工、装配过程中在重要尺寸处产生的误差。通过手工计算公差累积也是公差分析的一部分。公差分析的主要目的是在试制和批量生产前预测装配品质的误差 根据预测结果,改善设计、优化品质、成本。在试制和批量生产过程中发现异常情况,找出问题的原因根据原因,做出设计改善
6、的方案 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.9公差分析工具 公差分析大致分为一维和三维,根据使用的计算和工具的不同,可进一步分为不同的分析。使用工具,并加上高精度的公差累积计算就可以得到重要的信息。例如,决定如下设计意图:哪个是关键尺寸哪个是关键公差为何要得到某个尺寸的公差值 活用这些信息,在初期阶段就可以实现“可控制品质与成本的设计”,“有明确依据的设计”。一维公差分析工具三维公差分析工具6 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.10确定问题 2011 CYBERNE
7、T SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.11例题:积木模型201.0302.037.931.0601.5高度尺寸TBLOCK1BLOCK2BLOCK3BLOCK4BLOCK4(25)(25)试着计算下图中的高度误差。确认问题计算条件所有尺寸的工程能力假定为Cp=1(3)。2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.12 4 0.52确认问题函数计算器的启动桌面图标或是开始所有程序附件函数计算器的切换:查看科学型(S)例如:4的开2次方计算或是勾选(倒数)4 2Page 13 2011 CYBERNET
8、SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.13计算公式统计计算(RSS:Root Sum Squire)TRSS最坏情况计算(WC:Worst Case)TWC 高度尺寸T 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.14公差计算基础 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.15(西格玛标准方差)(西格玛标准方差)是表示中心值(平均值)中的误差大小的值。如何表示中心值中的误差大小。(xi)偏差偏差的总和0误差值(、)全部相加偏差的平方将偏差的平方平均
9、化分散分散的平方根标准方差标准方差小误差小标准方差大误差大(数值数值小小)(数值数值大大)n:实测次数 xi:第i次的实测数据 :实测数据的平均值方差:2(xi)2标准方差:(xi)2i=1i=1nnn1n1X1()X2()X1X2 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.16工程能力(Cp、Cpk)工程能力(Cp、Cpk)是在一定的规格限度(公差范围)内生产产品的能力。Cp表示公差带幅度与实际误差幅度(6)之间的比值。Cpk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。CpUTLLTL6Cpk(UTLLTL)2T6Cpk相
10、当于实测数据平均与公差规格(接近上限或者下限的一方)之间的幅度(右图)的3倍的值有时现实中,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:实测数据的平均值 :公差的中心值(UTL-LTL)/2 UTL:公差上限值LTL:公差下限值 :尺寸误差的标准方差LTLUTL实测数据分布公差带实测数据平均:公差中心值:T实测数据平均:实测数据分布公差带LTLUTL公差中心值:T实测数据平均的偏离 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.17Cp=1(3)的状态 设置Cp(3)是指公差带(规格幅度)6公差带之外的数值产生的概率0
11、.3%在设计时,根据要求品质设置工程能力和废品率2T(公差带)6T(单边的公差)3误差范围内范围外68%32%295%5%399.7%0.3%499.994%0.006%-T公差带23+TLTLUTL实测数据分布公差带实测数据平均:公差中心值:TCpUTLLTL6 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.18公差与误差注意公差与误差的不同公差是在做产品之前设置的值是为了符合产品特性的设计方法作为设计可允许的尺寸范围误差制造的结果制造出来后,根据实测数据计算出来的值误差大小不同,废品率会相应变动通过手算进行的公差计算中的注意点实际产品有
12、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。N(100,0.22)(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公差和偏差10099.5100.5公差:0.5偏差:0.2 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.19公差分析的计算方法利用各个方法的注意点有必要理解计算方法的特性。有必要针对产品构成和使用环境的不同分别运用。公差分析的计算方法有2种方法。统计计算(RSS:方和根)利用分散的加法性,统
13、计性地预测误差幅度的计算方法。TRSS T2+T22+T32+Tn2最坏情况计算(WC:Worst Case)将公差幅度作为误差的上下限数值,计算出误差的最差值。TWC T1+T2+T3+Tn 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.20统计计算(方和根)统计计算(方和根)的公差计算中的注意点包含工程能力的公差值计算。计算的公差值包含工程能力。(例:所有工程能力为Cp=1(3)所求的公差值能够利用工程能力值来计算得出。(TRSS的值也要以Cp=1(3)为前提)一面公差和上下限公差都要变换为公差。1010.2 0.2尺寸值方向(矢量)要
14、与所求值方向一致。在上述条件下、装配整体的误差值TRSS可以利用分散性加法即如下公式计算得出。TRSS T2+T22+T32+Tn2条件不一致的时候需要想办法使其一致0.40用与所求值方向一致的尺寸来计算所求值的方向求整体高度误差(TRSS)AT1BT2整体高度CTRSSPage 21 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.21关于分散性加法分散性加法的基本规则各变量独立。计算中的变量不对其他变量造成影响各变量总和以线性公式表示。a1x1+a2x2+anxna:系数x:变量各变量总和的分散值等于各变量分散的总和。Vy a12vx1+
15、a22vx2+an2vxnVy、Vxn:y与x的分散(期望值)2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.22关于分散性加法分散性加法的基本规则各变量独立。各尺寸不影响其他其他尺寸各变量总和以线性公式表示。所求尺寸与线性公式表示CAB各变量总和的分散值等于各变量分散的总和。所求尺寸的分散值等于各尺寸分散值的总和212+2212+22TRSST12T22求整体高度误差(TRSS)AT1BT2整体高度CTRSSAT11BT22CTRSSAT1BT2C+TRSSCCTRSSAT1A+T1AB+T2BBT2XYZX+Y=ZX,Y互相影响一分为二
16、2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.23极限值的累积计算(worst case)最坏情况下的装配误差值TWC的计算式TWC T+T2+T3+Tn 条件不一致的时候需要一些技巧最坏情况(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。BT1CT2求:间隙的最差误差值(TWC)间隙ATWC所求值的方向 2011 CYBERNET SYST
17、EMS CO.,LTD.All Rights Reserved.24复杂结构中的计算方法复杂结构中公差计算的应用各个零件的工程能力(误差值的大小)不同的情况。各公差系数不同零件ACp1.0(3)零件BCp1.33(4)存在角度的情况。所求值的方向(矢量)与参与计算的尺寸方向不同计算需要技巧的场合 在计算中各公差要与系数相乘以保持平衡TRSS(a1T)2+(a2T2)2+(a3T3)2+(anTn)2考虑到计算过程的确认、改善研究中的再计算以及计算效率UP等情况,要多利用表计算软件所求值的方向角度偏离 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserv
18、ed.25T1T2求整体高度的误差整体的高度所求值的方向用方向一致的尺寸来计算(计算示例)求:零件A、B累积起来时的高度误差Tz 将所求误差值转换为3(Cp=1)时的值。零件A高度100.5;工程能力Cp=1零件B高度150.8;工程能力Cp=1.33取各个比例,求系数。不同工程能力的公差值存在时,要将装配整体要求的工程能力一致后,再进行计算。误差大小不同的情况要综合整体条件计算当零件B的工程能力不同时,计算Cp=1时的公差值。10.0-0.8+0.8Cp=1.33?Cp=1.0?Cp=1.33:Cp=1.00.8:T2T2=11.330.8零件B零件A 系数工程能力不同情况下的计算工程能力不
19、同的场合 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.26存在角度的误差计算机械手臂计算由手臂连接处角度控制的精度对两端位置决定精度的影响。连接计算方向角度的误差公差计算中存在角度公差的影响或是方向与计算方向不同的误差值的情况 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.27存在角度的误差计算手臂长度L基准位置因为角度差异(公差)很小,可以考虑为近似线形。因为单一尺寸(角度)的移位,修正CAD模式后,可求得相同结果。基准角度角度误差H2H1基准长度H0角度公差利用三角函数,将角度转换
20、成与公差计算方向一致的量。转换后的公差值成为独立误差值,可以分别代入计算。H1Lsin()H0H2H0Lsin()H0Lsin()H0H1H2将角度误差转换为直线成分 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.28几何公差的应用同公差值的情况一样,要在计算时要考虑到形状对整体的影响。因此,正确理解几何公差很重要。几何公差中,有必要理解物体所呈现形状的“变化”,来算出参与计算的公差值。不可直接拿几何公差中的数值来计算。几何公差的设置示例1530100.50.5AB位置度的公差带几何公差是指在指定的公差带中,规定移动或是旋转等各个方向变化的
21、数值。存在几何公差的分析计算 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.29浮动的情况由于各种不同尺寸孔与螺栓之间的固定装配,考虑装配间隙的影响。注意:考虑到柄把的情况,理论值会发生变化。固定到墙面用螺钉固定小孔与螺钉之间必定会产生间隙,这些间隙对整体装配产生影响托架由于柄把的影响,小孔重心下移克服向下的重力将螺钉固定实际的位置CAD理论位置 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.30公差分析工具的介绍 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Ri
22、ghts Reserved.31TAE(Tolerance Analysis Extension)TAE是搭载Creo(原称:Pro/ENGINEER)的公差分析工具。由开发出CETOL6的Sigmetrix公司提供给PTC公司。能够简单执行一维(1方向)的公差分析。TAE界面图形Creo界面TAE界面主要列表显示测量对象和尺寸公差等的数值信息尺寸循环图表展现测量对象尺寸(误差)相关的情况分析结果利用直方图(平均,标准方差)来表示测试分析结果中的最差值、各零件间的配合性能 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.32TAE与CETOL
23、6的比较TAE只可用于一维结构适用于装配数少,结构简单的物件CETOL6适用于三维结构的情况适用于大规模的装配、复杂的结构利用三维公差分析工具进行计算一维TAETolerance Analysis Extension三维CETOL6复杂的结构小规模装配简单的结构大规模装配 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.33CETOL6CETOL6是CYBERNET SYSTEM提供的三维公差管理工具。Sigmetrix公司历经约20年的开发经验中积累下来的公差分析技术。实现了在三维空间中进行公差分析。CETOL6界面图Creo Elemen
24、ts/Pro界面 CETOL6界面顾问显示设置的不完整与错误网格图表示特性、装配约束、测量之间的关联属性用于设置内容,并显示设置条件及变更工作树视图用工作树表示特性、装配约束、测量等 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.34开发商Sigmetrix公司历经20年,专业研究开发公差分析的专业集团这就是公司发展历程1990年这是Texas Instruments公司的CEP(Concurrent Engineering Product)事业部门与大学顾问(博士)的共同研究成果事研究1992年 以TITOL Ver1.0 命名发布(以前
25、是Pro/E版本)1997年更名为CETOL2002年发布CATIA V5版本2007年受CYBERNET SYSTEM公司的开发委托,开始研究开发,出售SolidWorks版本2009年成为CYBERNET SYSTEM公司的正式子公司,归于CYBERNET GROUP旗下 2011 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.All Rights Reserved.35CETOL6集成CADCETOL6与CAD的集成由于可以将CAD数据加入三维CAD中以直接使用,从设计的延伸上来看,处理公差分析的环境就能够建立。除了上述的CAD之外,也可以利用Parasolid和STEP等,导入数据
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