机构设计公差分析 培训教材
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
零件 4
10.00 ± 0.15
零件 3
零件 2 零件 1
堆叠公差分析过程
1. 确定组装要求 2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸 5. 确定公差分析的方法 6. 按要求计算变异
• 在堆叠公差时，有以下几种方法:
– 手工. – 用电子数据表，比如Nokia Excel 模板. 这在
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
13.00 ± 0.20
35.00 ± ? 10.00 ± 0.15 12.00 ± 0.10
20.00 ± 0.30
45.00 ± ? 15.00 ± 0.25
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， Nokia 9210 在2001年41周生产的
样本
总体参数 = 总体平均值 = 总体标准差
样本统计 x = 样本平均值 s = 样本标准差
s
x
制程性能指标 Ppk
me-aLnSU L S-m L ean
Ppkmin
3sLT
,
3sLT
Sample mean Nominal value
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
LSL
Process variation 3s
Process variation 3s
零件 1
IV
C (d3 )
D (d4 )
II
III
必要条件 X (dGap ) > 0
B (d2 )
A (d1 )
+
IHale Waihona Puke 第三步 – 转换名义尺寸1. 确定组装要求
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
5. 确定公差分析的方法
6. 按要求计算变异
46.00 ± 0.40
变异的一般分布图
正态分布 normality distribution 双峰分布（非正态分布） 偏斜分布（非正态分布）
100 50 0 16 18 20 22 24 26 28
60 50 40 30 20 10 0
4 5 6 7 8 9 10 11
正态分布的特点
标准差, (s or )
变形点
平均值, (x or µ) 数据的百分比，在给定的西格玛 ()范围
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。
第一步 – 确定组装要求
1. 确定组装要求
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
5. 确定公差分析的方法
两种主要的变异类型
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
变异的控制
变异的控制
从加工制造
解决方案
制成的选择 制程的控制 (SPC)
产品的检查
从产品设计
技术的选择 优化的设计 公差分析
• 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
xx1x2...xN N
R max min
n
(Xi X)2
s i1 n 1
s2
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Nokia 9210 生产总量。
1. 确定组装要求
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
5. 确定公差分析的方法
6. 按要求计算变异
20.00 ± 0.30
46.20
+0.20 - 0.60
必要条件 (Gap > 0)
15.00 ± 0.25
10.00 ± 0.15
零件 3
零件 2 零件 4
Aim
高品质 高良率 低Low FFR
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 • There may be outliers
某单位男人高度 (假设)
600
400
200
0
人数
160-164 165-169 170-174 175-179 180-184 185-189 190-194 195-199 200-204 205-209
46.20
+0.20 - 0.60
45.60
• 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
6. 按要求计算变异
第二步 – 封闭尺寸链图
mean - LSL
USL - mean
Tolerance range
USL
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).
-6 -5 -4 -3 -2 -1
+1 +2 +3 +4 +5 +6
68.26 % 95.46 % 99.73 % 99.9937 % 99.999943 % 99.9999998 %
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 – Sensitive to outliers