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摘 要:随着我国经济的快速发展,小家电产品越来越广泛的使用。缩短产品周期,提高竞争力,显得尤为重要。产品在设计时,充分考量设计的健壮性与制造稳定性。可通过Pro/E中的CTTOL模块对尺寸链公差的进行分析,保证产品设计、制造公差的最优化。
本文就以利用CETOL模块做进一步论述,阐述了如何运用CETOL模块对小家电产品的关键尺寸公差进行分析、优化,找出关键因素并加以控制。
关键词:CETOL;公差分析;小家电产品;电磁炉;极值分析;统计分析
本文讲述CETOL模块在小家电产品结构设计时,先对各零件的公差尺寸链进行分析,快速找出关键尺寸,以寻找低成本与稳定制造的平衡点。达到产品的健壮设计目的。
一、公差分析及CETOL模块介绍
(一)公差概念
公差是指实际参数值允许的变动量。制定公差的目的是为满足实际生产需要,使其变动量在一定的范围之内,以便达到互换或配合的要求。
(二)公差分析方法
采用公差优化设计,常见公差分析常见有两种方法:
1、极值分析法(Worst Case)又称为最坏分析法
极值分析法意味着所有尺寸在最大偏差情况下都可满足要求。是最简单最保守的方法,只适用于少量零件生产,并不适合大批量生产。
2、统计分析(Statistics)
不同于极值分析方法,统计分析根据各零件符合正态分布的特性,所有尺寸偏差均按正态分布进行计算。利用统计学知识对零件的可靠性进行预测及计算。适合于大批量生产的产品。
(三)CETOL分析模块介绍
PROE中集成了CETOL公差分析系统。它提供精确的敏感度和贡献度分析以及统计和极值分析,很直观地得到结果并可实时调整优化。
二、分析模块的使用
(一)模块的启用
在Pro/E菜单中,选择【分析】→单击【公差研究】,即进入公差分析管理器。
(二)组成尺寸环
选取需要分析的零件尺寸组成封闭的尺寸环,当所有的增环尺寸与减环尺寸封闭后才能计算。
1、首先确定需要测试的目标尺寸或间隙,
2、然后再依次选取相关的零件中的尺寸,系统将自动显示与尺寸链平行的尺寸,
3、待定尺寸组成封闭的尺寸链环后,系统将自动完成尺寸环路图。
三、实例建模与分析
(一)实例分析
1、建模
以小家电产品中的电磁炉为例进行介绍。在电磁炉结构设计中,线盘上表面到微晶面板上表面的距离定义为电磁炉的工作距离。此距离关系到电磁炉的能效与温升等重要性能,工作距离的稳定与否直接决定电磁炉的性能的好坏,因此为是最为重要的参数。要求线盘表面到微晶面板的距离为9.4±0.5mm,具体如下:
(1)首先,确定电磁炉整体高度,假如整机高度为43mm。
(2)其次,分析尺寸链环,由电磁炉的高度由于微晶板、上盖、下盖尺寸等增环尺寸组成,其中整机高度H=43mm由微晶板的厚度为D1=4mm,上盖尺寸为D2=18mm,下盖尺寸D3=21mm组成,即H=D1+D2+D3,
(3)最后分析在电磁炉内部尺寸链由下盖的壁厚D6=2.3mm,线盘安装柱高度D7=24.1 mm,線盘的厚度D8=7.2mm,再加上间隙组成。通过经验分析,为保证电磁炉能满足相关性能,工作距离最佳尺寸为9.4±0.5mm,即电磁线盘上表面到微晶面板的上表面的距离,保证热效率为最佳状态。
通过在CETOL模块中选取相关尺寸组成尺寸环,在CETOL公差分析系统中,每一个尺寸环都由一个不同颜色的矩形组成,如图1所示。
2、调整公差
根据经验与测试结果修改公差值,微晶面板的公称值为4±0.2mm,而下盖的线盘安装柱的高度值公差为24.1±0.1mm,根据实际生产经验,全部公差值调整完后,并修改CP值均为1.3,为保证生产的需要,CP值至少得大于1.0。以CP=1.3为例,以充分保证生产的过程能力指数。
公差的设定必须按以下要求:
(1)满足产品的制造能力,如果产品的制造能力达不到公差设定的要求,公差设定得再高也是毫无意义的;
(2)通过公差分析,设定的公差应当满足产品的装配、功能、外观和质量等要求;
(3)公差与成本相关,公差越严格,产品成本就越大,在满足要求的前提下,公差越大越好;合理设计产品参数,即保证产品稳定性,又能降低成本。
3、查看并分析
(二)生成报告
分析完成后,可以按需要生成报告,在刚才新建立的CETOL_4,选中并单击创建报告,CETOL模块将自动创建报告。
(三)对比分析及优化
1、对比分析
从下图可以看出,按极值分析方式,最大的极限值为10.55,最小极限值为8.25,平均中值为9.4,标准方差为0.1522。
以得出,按WC方式進行,计算出线盘尺寸对目标值影响最大达43.48%,
通过统计分析方法,系统计算出线盘对目标值的贡献度达70.92%,因此线盘的尺寸公差在整个公差尺寸环路中影响大,需要对该尺寸进行优化调整。以保证工作距离满足要求。
2、优化分析
通过分析发现,线盘的公差值影响最大。如果通过改善电磁线盘工艺后,将线盘尺寸可由原来的7.2±0.5mm改善到7.2±0.2mm。按上述方法系统重新计算后,从下图可以看出,按最坏方式分析,最大的极限值为10.25,最小极限值为8.55,平均中值为9.4,标准方差为0.0968。
按WC公差方式进行分析,线盘尺寸对目标的影响值由原来的70.92%减小到23.53%,如下图所示:
按统计分析方式,线盘尺寸对目标影响值由原来的43.48%减小到28.07%,因此确定线盘尺寸公差为整机中主要因素,优化后结果如图所示:
四、结论
由此可得出线盘的尺寸公差关键因素,需要调整并严格控制该尺寸。线盘尺寸公差为关键尺寸公差。因此需要提高线盘的过程能力控制指数来保证整个产品的设计。
CETOL公差分析系统主要作用:
在复杂产品设计时,可分析得出最主要的因素,为生产提供理论依据;
产品设计可以适当放大非关键尺寸的公差,以降低生产制造成本,减少浪费。
能快速完成产品图纸的统计分析与计算,对比分析缩短产品的设计周期,快速投放市场,以提升产品在市场上的竞争力。
参考文献:
[1]张峰.基于Pro/E二次开发的机械产品的三维参数化设计[J].机械设计与制造.2007(05).38-39.
[2]朱士忠.机械精度检测与产品质量管理[M].机械工业出版社,2013(03):2-5
[3]吴卓,夏长春.基于Pro/E的3D公差设计系统开发[J].组合机床与自动化加工技术,2008(7):36-40.
本文就以利用CETOL模块做进一步论述,阐述了如何运用CETOL模块对小家电产品的关键尺寸公差进行分析、优化,找出关键因素并加以控制。
关键词:CETOL;公差分析;小家电产品;电磁炉;极值分析;统计分析
本文讲述CETOL模块在小家电产品结构设计时,先对各零件的公差尺寸链进行分析,快速找出关键尺寸,以寻找低成本与稳定制造的平衡点。达到产品的健壮设计目的。
一、公差分析及CETOL模块介绍
(一)公差概念
公差是指实际参数值允许的变动量。制定公差的目的是为满足实际生产需要,使其变动量在一定的范围之内,以便达到互换或配合的要求。
(二)公差分析方法
采用公差优化设计,常见公差分析常见有两种方法:
1、极值分析法(Worst Case)又称为最坏分析法
极值分析法意味着所有尺寸在最大偏差情况下都可满足要求。是最简单最保守的方法,只适用于少量零件生产,并不适合大批量生产。
2、统计分析(Statistics)
不同于极值分析方法,统计分析根据各零件符合正态分布的特性,所有尺寸偏差均按正态分布进行计算。利用统计学知识对零件的可靠性进行预测及计算。适合于大批量生产的产品。
(三)CETOL分析模块介绍
PROE中集成了CETOL公差分析系统。它提供精确的敏感度和贡献度分析以及统计和极值分析,很直观地得到结果并可实时调整优化。
二、分析模块的使用
(一)模块的启用
在Pro/E菜单中,选择【分析】→单击【公差研究】,即进入公差分析管理器。
(二)组成尺寸环
选取需要分析的零件尺寸组成封闭的尺寸环,当所有的增环尺寸与减环尺寸封闭后才能计算。
1、首先确定需要测试的目标尺寸或间隙,
2、然后再依次选取相关的零件中的尺寸,系统将自动显示与尺寸链平行的尺寸,
3、待定尺寸组成封闭的尺寸链环后,系统将自动完成尺寸环路图。
三、实例建模与分析
(一)实例分析
1、建模
以小家电产品中的电磁炉为例进行介绍。在电磁炉结构设计中,线盘上表面到微晶面板上表面的距离定义为电磁炉的工作距离。此距离关系到电磁炉的能效与温升等重要性能,工作距离的稳定与否直接决定电磁炉的性能的好坏,因此为是最为重要的参数。要求线盘表面到微晶面板的距离为9.4±0.5mm,具体如下:
(1)首先,确定电磁炉整体高度,假如整机高度为43mm。
(2)其次,分析尺寸链环,由电磁炉的高度由于微晶板、上盖、下盖尺寸等增环尺寸组成,其中整机高度H=43mm由微晶板的厚度为D1=4mm,上盖尺寸为D2=18mm,下盖尺寸D3=21mm组成,即H=D1+D2+D3,
(3)最后分析在电磁炉内部尺寸链由下盖的壁厚D6=2.3mm,线盘安装柱高度D7=24.1 mm,線盘的厚度D8=7.2mm,再加上间隙组成。通过经验分析,为保证电磁炉能满足相关性能,工作距离最佳尺寸为9.4±0.5mm,即电磁线盘上表面到微晶面板的上表面的距离,保证热效率为最佳状态。
通过在CETOL模块中选取相关尺寸组成尺寸环,在CETOL公差分析系统中,每一个尺寸环都由一个不同颜色的矩形组成,如图1所示。
2、调整公差
根据经验与测试结果修改公差值,微晶面板的公称值为4±0.2mm,而下盖的线盘安装柱的高度值公差为24.1±0.1mm,根据实际生产经验,全部公差值调整完后,并修改CP值均为1.3,为保证生产的需要,CP值至少得大于1.0。以CP=1.3为例,以充分保证生产的过程能力指数。
公差的设定必须按以下要求:
(1)满足产品的制造能力,如果产品的制造能力达不到公差设定的要求,公差设定得再高也是毫无意义的;
(2)通过公差分析,设定的公差应当满足产品的装配、功能、外观和质量等要求;
(3)公差与成本相关,公差越严格,产品成本就越大,在满足要求的前提下,公差越大越好;合理设计产品参数,即保证产品稳定性,又能降低成本。
3、查看并分析
(二)生成报告
分析完成后,可以按需要生成报告,在刚才新建立的CETOL_4,选中并单击创建报告,CETOL模块将自动创建报告。
(三)对比分析及优化
1、对比分析
从下图可以看出,按极值分析方式,最大的极限值为10.55,最小极限值为8.25,平均中值为9.4,标准方差为0.1522。
以得出,按WC方式進行,计算出线盘尺寸对目标值影响最大达43.48%,
通过统计分析方法,系统计算出线盘对目标值的贡献度达70.92%,因此线盘的尺寸公差在整个公差尺寸环路中影响大,需要对该尺寸进行优化调整。以保证工作距离满足要求。
2、优化分析
通过分析发现,线盘的公差值影响最大。如果通过改善电磁线盘工艺后,将线盘尺寸可由原来的7.2±0.5mm改善到7.2±0.2mm。按上述方法系统重新计算后,从下图可以看出,按最坏方式分析,最大的极限值为10.25,最小极限值为8.55,平均中值为9.4,标准方差为0.0968。
按WC公差方式进行分析,线盘尺寸对目标的影响值由原来的70.92%减小到23.53%,如下图所示:
按统计分析方式,线盘尺寸对目标影响值由原来的43.48%减小到28.07%,因此确定线盘尺寸公差为整机中主要因素,优化后结果如图所示:
四、结论
由此可得出线盘的尺寸公差关键因素,需要调整并严格控制该尺寸。线盘尺寸公差为关键尺寸公差。因此需要提高线盘的过程能力控制指数来保证整个产品的设计。
CETOL公差分析系统主要作用:
在复杂产品设计时,可分析得出最主要的因素,为生产提供理论依据;
产品设计可以适当放大非关键尺寸的公差,以降低生产制造成本,减少浪费。
能快速完成产品图纸的统计分析与计算,对比分析缩短产品的设计周期,快速投放市场,以提升产品在市场上的竞争力。
参考文献:
[1]张峰.基于Pro/E二次开发的机械产品的三维参数化设计[J].机械设计与制造.2007(05).38-39.
[2]朱士忠.机械精度检测与产品质量管理[M].机械工业出版社,2013(03):2-5
[3]吴卓,夏长春.基于Pro/E的3D公差设计系统开发[J].组合机床与自动化加工技术,2008(7):36-40.