陸松元

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，小家電產(chǎn)品越來越廣泛的使用?？s短產(chǎn)品周期，提高競爭力，顯得尤為重要。產(chǎn)品在設(shè)計時，充分考量設(shè)計的健壯性與制造穩(wěn)定性?？赏ㄟ^Pro/E中的CTTOL模塊對尺寸鏈公差的進行分析，保證產(chǎn)品設(shè)計、制造公差的最優(yōu)化。

本文就以利用CETOL模塊做進一步論述，闡述了如何運用CETOL模塊對小家電產(chǎn)品的關(guān)鍵尺寸公差進行分析、優(yōu)化，找出關(guān)鍵因素并加以控制。

關(guān)鍵詞：CETOL；公差分析；小家電產(chǎn)品；電磁爐；極值分析；統(tǒng)計分析

本文講述CETOL模塊在小家電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時，先對各零件的公差尺寸鏈進行分析，快速找出關(guān)鍵尺寸，以尋找低成本與穩(wěn)定制造的平衡點。達到產(chǎn)品的健壯設(shè)計目的。

一、公差分析及CETOL模塊介紹

（一）公差概念

公差是指實際參數(shù)值允許的變動量。制定公差的目的是為滿足實際生產(chǎn)需要，使其變動量在一定的范圍之內(nèi)，以便達到互換或配合的要求。

（二）公差分析方法

采用公差優(yōu)化設(shè)計，常見公差分析常見有兩種方法：

1、極值分析法（Worst Case）又稱為最壞分析法

極值分析法意味著所有尺寸在最大偏差情況下都可滿足要求。是最簡單最保守的方法，只適用于少量零件生產(chǎn)，并不適合大批量生產(chǎn)。

2、統(tǒng)計分析（Statistics）

不同于極值分析方法，統(tǒng)計分析根據(jù)各零件符合正態(tài)分布的特性，所有尺寸偏差均按正態(tài)分布進行計算。利用統(tǒng)計學知識對零件的可靠性進行預(yù)測及計算。適合于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。

（三）CETOL分析模塊介紹

PROE中集成了CETOL公差分析系統(tǒng)。它提供精確的敏感度和貢獻度分析以及統(tǒng)計和極值分析，很直觀地得到結(jié)果并可實時調(diào)整優(yōu)化。

二、分析模塊的使用

（一）模塊的啟用

在Pro/E菜單中，選擇【分析】→單擊【公差研究】，即進入公差分析管理器。

（二）組成尺寸環(huán)

選取需要分析的零件尺寸組成封閉的尺寸環(huán)，當所有的增環(huán)尺寸與減環(huán)尺寸封閉后才能計算。

1、首先確定需要測試的目標尺寸或間隙，

2、然后再依次選取相關(guān)的零件中的尺寸，系統(tǒng)將自動顯示與尺寸鏈平行的尺寸，

3、待定尺寸組成封閉的尺寸鏈環(huán)后，系統(tǒng)將自動完成尺寸環(huán)路圖。

三、實例建模與分析

（一）實例分析

1、建模

以小家電產(chǎn)品中的電磁爐為例進行介紹。在電磁爐結(jié)構(gòu)設(shè)計中，線盤上表面到微晶面板上表面的距離定義為電磁爐的工作距離。此距離關(guān)系到電磁爐的能效與溫升等重要性能，工作距離的穩(wěn)定與否直接決定電磁爐的性能的好壞，因此為是最為重要的參數(shù)。要求線盤表面到微晶面板的距離為9.4±0.5mm，具體如下：

（1）首先，確定電磁爐整體高度，假如整機高度為43mm。

（2）其次，分析尺寸鏈環(huán)，由電磁爐的高度由于微晶板、上蓋、下蓋尺寸等增環(huán)尺寸組成，其中整機高度H=43mm由微晶板的厚度為D1=4mm，上蓋尺寸為D2=18mm，下蓋尺寸D3=21mm組成，即H=D1+D2+D3，

（3）最后分析在電磁爐內(nèi)部尺寸鏈由下蓋的壁厚D6=2.3mm，線盤安裝柱高度D7=24.1 mm，線盤的厚度D8=7.2mm，再加上間隙組成。通過經(jīng)驗分析，為保證電磁爐能滿足相關(guān)性能，工作距離最佳尺寸為9.4±0.5mm，即電磁線盤上表面到微晶面板的上表面的距離，保證熱效率為最佳狀態(tài)。

通過在CETOL模塊中選取相關(guān)尺寸組成尺寸環(huán)，在CETOL公差分析系統(tǒng)中，每一個尺寸環(huán)都由一個不同顏色的矩形組成，如圖1所示。

2、調(diào)整公差

根據(jù)經(jīng)驗與測試結(jié)果修改公差值，微晶面板的公稱值為4±0.2mm，而下蓋的線盤安裝柱的高度值公差為24.1±0.1mm，根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，全部公差值調(diào)整完后，并修改CP值均為1.3，為保證生產(chǎn)的需要，CP值至少得大于1.0。以CP=1.3為例，以充分保證生產(chǎn)的過程能力指數(shù)。

公差的設(shè)定必須按以下要求：

（1）滿足產(chǎn)品的制造能力，如果產(chǎn)品的制造能力達不到公差設(shè)定的要求，公差設(shè)定得再高也是毫無意義的；

（2）通過公差分析，設(shè)定的公差應(yīng)當滿足產(chǎn)品的裝配、功能、外觀和質(zhì)量等要求；

（3）公差與成本相關(guān)，公差越嚴格，產(chǎn)品成本就越大，在滿足要求的前提下，公差越大越好；合理設(shè)計產(chǎn)品參數(shù)，即保證產(chǎn)品穩(wěn)定性，又能降低成本。

3、查看并分析

（二）生成報告

分析完成后，可以按需要生成報告，在剛才新建立的CETOL_4，選中并單擊創(chuàng)建報告，CETOL模塊將自動創(chuàng)建報告。

（三）對比分析及優(yōu)化

1、對比分析

從下圖可以看出，按極值分析方式，最大的極限值為10.55，最小極限值為8.25，平均中值為9.4，標準方差為0.1522。

以得出，按WC方式進行，計算出線盤尺寸對目標值影響最大達43.48%，

通過統(tǒng)計分析方法，系統(tǒng)計算出線盤對目標值的貢獻度達70.92%，因此線盤的尺寸公差在整個公差尺寸環(huán)路中影響大，需要對該尺寸進行優(yōu)化調(diào)整。以保證工作距離滿足要求。

2、優(yōu)化分析

通過分析發(fā)現(xiàn)，線盤的公差值影響最大。如果通過改善電磁線盤工藝后，將線盤尺寸可由原來的7.2±0.5mm改善到7.2±0.2mm。按上述方法系統(tǒng)重新計算后，從下圖可以看出，按最壞方式分析，最大的極限值為10.25，最小極限值為8.55，平均中值為9.4，標準方差為0.0968。

按WC公差方式進行分析，線盤尺寸對目標的影響值由原來的70.92%減小到23.53%，如下圖所示：

按統(tǒng)計分析方式，線盤尺寸對目標影響值由原來的43.48%減小到28.07%，因此確定線盤尺寸公差為整機中主要因素，優(yōu)化后結(jié)果如圖所示：

四、結(jié)論

由此可得出線盤的尺寸公差關(guān)鍵因素，需要調(diào)整并嚴格控制該尺寸。線盤尺寸公差為關(guān)鍵尺寸公差。因此需要提高線盤的過程能力控制指數(shù)來保證整個產(chǎn)品的設(shè)計。

CETOL公差分析系統(tǒng)主要作用：

在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計時，可分析得出最主要的因素，為生產(chǎn)提供理論依據(jù)；

產(chǎn)品設(shè)計可以適當放大非關(guān)鍵尺寸的公差，以降低生產(chǎn)制造成本，減少浪費。

能快速完成產(chǎn)品圖紙的統(tǒng)計分析與計算，對比分析縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期，快速投放市場，以提升產(chǎn)品在市場上的競爭力。

參考文獻：

[1]張峰.基于Pro/E二次開發(fā)的機械產(chǎn)品的三維參數(shù)化設(shè)計[J].機械設(shè)計與制造.2007（05）.38-39.

[2]朱士忠.機械精度檢測與產(chǎn)品質(zhì)量管理[M].機械工業(yè)出版社，2013（03）：2-5

[3]吳卓，夏長春.基于Pro/E的3D公差設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2008（7）：36-40.