公差优化设计技术
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网址: 六西格玛对零件尺寸公差设计中的优化一、产品尺寸公差的优化设计公差设计分两种:一次方求和法和平方求和法.二者在计算时的区别是:①一次方求和仅将各尺寸公差的数字部分相加。
②平方求和是将各尺寸公差的数字部分平方后相加、取其平方根的 1.5 倍。
一次方求和是比平方求和法更严格的验证方法。
如果一次方求和结果 OK、那么只要使用图纸公差 OK 的零件进行组装便不会发生问题。
为了使一次方求和法结果 OK、根据情况有时会使零件成本上升或产品大型化而导致商品性的降低,达不到顾客满意。
所以,考虑到公差和工程能力的平衡、务必确保经济的设计品质。
由统计的概率论计算实际可能引起的最差尺寸的方法就是:通过此方法设计出的不良发生概率为 0.00068%,也就是 7ppm,每百万件产品中有 7 件不合格。
如图 2 和图 3 在汽车音响的内机设计中,机芯通过与支架固定,然后再一起固定在内机中。
通常采用定位孔的方式把二者固定起来。
在定位孔的设计时,采用平方求和法利用下面的公差计算工具,对定位孔的尺寸进行设计。
二、通过cpk 对零件尺寸进行管控对定位孔的设计尺寸可以通过工程能力(cpk)进行管理,即在该批次的零件中对一定数量的定位孔孔径进行测量,计算 cpk。
监控该匹次零件的 cpk 是否满足设计初期的预想值。
当cpk不满足时,及时分析原因,解决问题点。
①工程能力指数:Cp②考虑到中心值偏移的工程能力指数:Cpk关于工程能力指数的管理标准,新产品 Cpk ≧ 1.67,成熟产品Cpk ≧ 1.33。
综上所述,利用六西格玛的思想,把西格玛和不良率结合起来进行产品的尺寸公差设计。
然后对零件供应商进行零件尺寸的工程能力指数(cpk)管理,当某个批次的 Cpk 不合格时,我们就能及时发现,及时分析原因,解决问题点,把潜在的不良品拦截在生产加工之前。
大幅降低了由于不良品返修带来的成本增加,为企业赢得了效益。
来源:深圳天行健咨询。
面向制造和装配的产品设计之公差分析DFMADFMA第第44部分部分:公差分析公差分析Tolerance AnalysisTolerance Analysis钟元钟元7>2013/03/302013/03/30DFMADFMA内容:一.常见的公差分析做法二.公差分析三.公差分析的公差分析的计算步骤算步骤四四.公差分析的计算方法公差分析的计算方法五.公差分析的三大原则六.产品开发中的公差分析2DFMADFMA一. 常见的公差分析做法1. 产品详细设计完成后,在design review时,针对O-ring的压缩量进行公差分析;分析如下:3DFMADFMA一. 常见的公差分析做法2. 当发现公差分析的结果不满足要求时,修改尺寸链中的尺寸公差,从±0.15mm修改到±0.10mm,发现依然不能满足,继续修改到±0.05mm,直到满足O-ring的15%压缩量要求;成功完成公差分析。
4DFMADFMA一. 常见的公差分析做法存在的问题:公差的设定没有考虑到制程能力公差的设定没有考虑到制程能力 ? 公差的设定没有考虑到成本没有缩短尺寸链的长度没有缩短尺寸链的长度? 当公差分析结果不满足要求时,没有通过优化设计的方法,而是通过严格要求零零件尺尺寸公差的方法;? 对尺寸公差没有进行二维图标注对尺寸公差没有进行制程管控对尺寸公差没有进行制程管控 ? 产品制造后,没有利用真实的零件制程能力来验证设计阶段的公差分析在产品详细设计完成后才开始进行公差分析在产品详细设计完成后才开始进行公差分析5DFMADFMA一. 常见的公差分析做法后果:产品不良率高产品不良率高? 要求严格的公差,产品制造成本高,但依然会出现不良品实实际产品公差分析验证6DFMADFMA二. 公差分析1.公差的概念:为什为什么为产生为产生公差差?? 加工制程的变异: ? 组装制程的变异: ? 材料特性的不同 ? 组装设备的精度? 设备或模具的精度 ? 工装夹具装夹具的错误错误? 加工条件的不同? 操作员的不熟练? 模具磨损7DFMADFMA二. 公差分析1.公差的概念:公差是零件尺寸所允许的偏差值公差是零件尺寸所允许的偏差值,设定零件的公差即是设定零件制造时设定零件的公差即是设定零件制造时尺寸允许的偏差范围100.0799.759999..8888 100.03100±0.20100.05 100100.000099.9999.92100100.1515 100.30 8DFMADFMA二. 公差分析1.公差的概念:正态分布正态分布下偏差下偏差上偏差上偏差9DFMADFMA二. 公差分析2.公差的本质:公差是产品设计和产品制造的桥梁和纽带公差是产品设计和产品制造的桥梁和纽带,是保证产品以优异的质量是保证产品以优异的质量、优良的性能和较低的成本进行制造的关键。
使用ZEMAX设计、优化、公差和分析使用ZEMAX?于设计、优化、公差和分析摘要光学设计软件ZEMAX?的功能讨论可藉由使用ZEMAX 去设计和分析一个投影系统来讨论,包括使用透镜数组(lenslet arrays) 来建构聚光镜(condenser)。
简介 ZEMAX 以非序列性 (non-sequential) 分析工具来结合序列性 (sequential) 描光程序的传统功能,且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包,并具有研究成像和非成像系统中的杂散光 (stray light) 和鬼影 (ghosting) 的能力,从简单的绘图(Layout)一直到优化和公差分析皆可达成。
根据过去的经验,对于光学系统的端对端 (end to end)分析往往是需要两种不同的设计和分析工具。
一套序列性描光软件,可用于设计、优化和公差分析,而一套非序列性或未受限制的 (unconstrained) 描光软件,可用来分析杂散光、鬼影和一般的非成像系统分析,包括照明系统。
序列性描光程序这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。
所有的光线打到光学系统之后,会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系统。
在定义的顺序上,所有的光线一定会交到所有的表面,否则光路将终止。
光线不会跳过任何中间的表面;光线只能打在每一个已定义的表面一次。
若实际光线路径交到一个表面上超过一次,如使用在二次描光 (double pass) 中的组件,然后在序列性列表中,必须再定义超过一次的表面参数。
大部份成像光学系统,如照相机镜头、望远镜和显微镜,可在序列性模式中完整定义。
对于这些系统,序列性描光具有许多优点:非常快、非常弹性和非常普遍。
几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。
在成像系统中,序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。
序列性描光的缺点,包括无法追迹所有可能的光路径 (即鬼影反射) 和许多无法以序列性方式来描述的光学系统或组件。
面向制造和装配的产品设计之公差分析DFMADFMA第第44部分部分:公差分析公差分析Tolerance AnalysisTolerance Analysis钟元钟元7>2013/03/302013/03/30DFMADFMA内容:一.常见的公差分析做法二.公差分析三.公差分析的公差分析的计算步骤算步骤四四.公差分析的计算方法公差分析的计算方法五.公差分析的三大原则六.产品开发中的公差分析2DFMADFMA一. 常见的公差分析做法1. 产品详细设计完成后,在design review时,针对O-ring的压缩量进行公差分析;分析如下:3DFMADFMA一. 常见的公差分析做法2. 当发现公差分析的结果不满足要求时,修改尺寸链中的尺寸公差,从±0.15mm修改到±0.10mm,发现依然不能满足,继续修改到±0.05mm,直到满足O-ring的15%压缩量要求;成功完成公差分析。
4DFMADFMA一. 常见的公差分析做法存在的问题:公差的设定没有考虑到制程能力公差的设定没有考虑到制程能力 ? 公差的设定没有考虑到成本没有缩短尺寸链的长度没有缩短尺寸链的长度? 当公差分析结果不满足要求时,没有通过优化设计的方法,而是通过严格要求零零件尺尺寸公差的方法;? 对尺寸公差没有进行二维图标注对尺寸公差没有进行制程管控对尺寸公差没有进行制程管控 ? 产品制造后,没有利用真实的零件制程能力来验证设计阶段的公差分析在产品详细设计完成后才开始进行公差分析在产品详细设计完成后才开始进行公差分析5DFMADFMA一. 常见的公差分析做法后果:产品不良率高产品不良率高? 要求严格的公差,产品制造成本高,但依然会出现不良品实实际产品公差分析验证6DFMADFMA二. 公差分析1.公差的概念:为什为什么为产生为产生公差差?? 加工制程的变异: ? 组装制程的变异: ? 材料特性的不同 ? 组装设备的精度? 设备或模具的精度 ? 工装夹具装夹具的错误错误? 加工条件的不同? 操作员的不熟练? 模具磨损7DFMADFMA二. 公差分析1.公差的概念:公差是零件尺寸所允许的偏差值公差是零件尺寸所允许的偏差值,设定零件的公差即是设定零件制造时设定零件的公差即是设定零件制造时尺寸允许的偏差范围100.0799.759999..8888 100.03100±0.20100.05 100100.000099.9999.92100100.1515 100.30 8DFMADFMA二. 公差分析1.公差的概念:正态分布正态分布下偏差下偏差上偏差上偏差9DFMADFMA二. 公差分析2.公差的本质:公差是产品设计和产品制造的桥梁和纽带公差是产品设计和产品制造的桥梁和纽带,是保证产品以优异的质量是保证产品以优异的质量、优良的性能和较低的成本进行制造的关键。
第XX卷第X期2005年X月上海交通大学学报JOURNAL OF SHANGHAI JIAOTONG UNIVERSITYVol.XX No.XX. 2005柔性件装配概念设计偏差分析系统架构*李余兵,陈关龙,来新民,郑丞,邢彦锋(上海交通大学机械与动力工程学院车身制造技术中心上海200030)摘要:简述了柔性件公差设计方面的研究进展,介绍研制的车身装配偏差分析系统(AVA)的构架,并针对于概念设计阶段的装配公差设计,车身概念装配定性设计系统融合考虑装配顺序、接头类型和装配偏差对装配结果公差的影响,研究装配顺序、接头类型与装配公差的三者不确定性关系。
车身概念装配定性设计系统的目标是要求关键尺寸在车身装配概念设计阶段成本条件下的质量满足,是集成于车身薄板产品装配偏差分析系统(AVA)的一模块,从而设计系统可以快速实现可行方案的生成、分析与决策。
关键词:概念设计,柔性件,公差设计,定性仿真An assembly variation analysis framework of flexible part conceptual designLi yubing Cheng guanlong Lai xinming Zhengchen Xing yanfeng(Auto_body Manufacturing Technology Center,School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200030)[Abstract]The paper conducts a survey of the current state of research and development of flexible part tolerance design activities,introduces the vehicle body assembly variation analysis system(A VA)under construction and concentrates on the assembly tolerance design during the conceptual stage,Auto body conceptual assembly qualitative design system synthesizes the effects of assembly sequence、joint configuration and assembly errors on assembly resultant variation, and constructs the undetermined relations among three variables。
2012年12月20日不详关键字:六西格玛机械公差设计的RSS分析1.动态统计平方公差方法RSS没有充分说明过程均值的漂移,总是假设过程均值在名义设计规格的中心,这就是为什么能力最初看起来比较充分,但实际中这种情况是很少的原因,特别是在制造过程中工具受到磨损的时候。
因此就有必要利用C来调整每一个名义设计值已知的或者估计的过程标准偏差,以此来说明过程均值的自然漂移,这一方法就称为动态统计平方公差方法(Dynamic Root-Sum-of-Squares Analysis, DRSS)。
实际上,这种调整会使标准偏差变大,因而会降低装配间隙概率。
调整后就以一个均值累积漂移的临界值是否大于等于4.5来衡量六西格玛水平,即时,DRSS模型就简化为一个RSS模型,这一特征对公差分析有许多实际意义。
从这一意义上讲,DRSS模型是一个设计工具,也是一个分析工具。
因为DRSS模型考虑均值随时间的随机变异的影响,所以称之为动态模型。
2.静态极值统计平方公差方法当假设的均值漂移都设定在各自的极值情况时,这种方法称为静态极值统计平方公差方法( Worse-Case Static Raot- Surn- of-Squares Anlysis, WC-SRSS),这一方法可以认为是一种极值情况的统计分析方法。
为了有效地研究任意假定的静态条件,需要将公式(2-10)分母项中的偏倚机制转移到分了项中(注意:当均值漂移大于2σ时,就不能应用上述转换),同时必须用Cp,代替分母中的Cpk:实际上,所有偏倚机制都可以利用来表示,但是当过程标准偏差改变时,如果利用作为转换日标,名义间隙值也会改变,这样就违背了均值和方差独立的假设。
也就是说,用作为描述均值漂移的基础使得均值和方差之间正相关。
而利用k为动态和静态分析提供了一个可行的和灵活的机制,同时保证了过程均值和方差的独立性。
3.设计优化利用IRSS作为优化基础,当考虑5RS5和WC-SRSS作为基础时其逻辑和推理是相同的。
基于离散化成本—公差模型的多目标公差优化设计胡西彪;张卫;陆宝春;黄龙振;王水;王敏其【摘要】针对现阶段工厂普遍采用数控加工的现状,对原有基于普通机床提出的公差模型进行改进,提出了一种新的多目标公差设计优化模型.在考虑加工时间、夹具和刀具磨损等因素的影响下,建立了离散化的成本—公差模型.以加工成本、公差敏感性和质量损失为目标,装配功能和加工能力为约束条件,建立了基于离散化成本—公差模型和差分进化—全局蜂群混合算法的多目公差设计优化模型.以特里科型高速经编机编花部件为例,运用所提优化模型快速地得到了公差最优解,降低了产品的制造成本,提高了产品质量,验证了该模型的有效性.【期刊名称】《计算机集成制造系统》【年(卷),期】2019(025)001【总页数】8页(P182-189)【关键词】公差优化;离散化成本—公差模型;多目标优化;人工蜂群算法【作者】胡西彪;张卫;陆宝春;黄龙振;王水;王敏其【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;武进五洋纺织机械有限公司,江苏常州213000;武进五洋纺织机械有限公司,江苏常州213000【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言在公差优化设计过程中,产品的最终质量和制造成本之间的折衷一直难以解决,是一种典型的NP-hard问题。
Rose等[1]最先提出了基于最小加工成本的公差优化模型;杨将新等[2]提出了符合我国中型机械企业的加工成本—公差模型;金秋[3]在考虑通货膨胀的情况下,将连续复利方法引入到成本—公差模型中。
然而,这些模型均基于普通机床提出,只考虑了成本,而忽略了质量损失以及公差变动对成本和质量的影响。
随着现阶段诸如数控加工等自动化加工手段的普遍应用,成本—公差的关系发生了变化,这些模型也需要修正。
1.公差优化设计技术
公差是零件尺寸和几何参数的允许变动量。
它是机械精度表达的具体表现,是机械装置的使用要求与制造经济性之间协调的产物、是机械产品设计和制造的重要技术指标。
公差设计(Tolerance Design)包括公差分析和公差分配,公差设计是建立在公差设计函数的基础之上的。
所谓公差设计函数(Tolerance design function)就是指装配技术要求、产品功能要求等与有关尺寸之间的函数关系,如孔轴配合件的配合间隙的数学表达式。
所谓公差分析(Tolerance Analysis),也叫公差验证(Tolerance Verification),就是已知各组成环的尺寸和公差,确定最终装配后须保证的封闭环的公差。
这时,组成环公差作为输入,封成环公差作为输出。
当最终性能未满足时,重新修改输入公差。
所谓公差分配(Tolerance Distribution),也叫公差合成(Tolerance Systhesis),是指在保证产品装配技术要求下规定各组成环尺寸的经济合理的公差。
公差的最优化分配(设计)法是指建立公差模型(加工成本公差模型、装配失效模型)和约束条件(装配功能要求、工序选择条件等),利用各种优化算法进行公差分配。
公差优化设计实质上是一个以尺寸链(或传动链)组成的零部件制造成本最小为目标,以设计技术条件和预期装配成功率为约束的数学规划问题,也是一个多随机变量的优化问题。
公差设计应在使用要求及加工能力的约束下以成
本最低作为目标函数。
此成本应包含产品生命期中多
项成本因素的综合总成本, 其中包括制造成本、质量损
失成本、废次品损失成本、库存成本及机会损失成本
等。
制造成本是指产品在制造过程中发生的各种损耗
的总和, 是各种成本因素中最直接、最必不可少的成本
因素。
因此, 对公差与制造成本进行建模是公差优化
中的基础问题。