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產品設計製造必不可少的環節——公差分析

時間:2019/12/30 瀏覽:4297


隨著時代的發展,技術的進步,客戶對產品的性能要求越來越高,對外觀的要求也越來越高,這也對廠家提出了更高的挑戰。 尺寸鏈計算與公差分析是連接產品設計和生產加工的橋樑和紐帶,合理的公差設計,對於保證產品性能,外觀質量,裝配方便性都至關重要。

 

「尺寸鏈計算與公差分析」的必要性

機械設計包括三大部分:結構設計、參數設計、尺寸鏈計算(公差設計)。 統計資料表明,雖然產品的設計開發在產品總成本中只占5%,但是 產品總成本的70%卻是在設計開發階段內確定的,這裡面65%以上成本是由公差決定的 。 產品質量差、性能價格比低、交貨周期長以及創新能力弱是我國機械產品在市場競爭中落敗的主要因素。而機械產品質量差很大程度上直接反映為產品製造精度或配合精度的低下,同時產品精度設計的好壞也直接影響產品的性能價格比。我國製造業企業的產品精度現狀可以說是「該高的不高、該低的不低」,一直是影響產品市場競爭力的薄弱環節。為了提高產品精度,許多企業冒著巨大的投資風險,以高額資金引進高精設備,結果卻利用率不高、成本大幅增長,甚至被巨額債務拖跨。而反觀先進國家企業,設備並不一定比我們先進,但生產出來的產品往往比我們的產品精度要高、質量要好。

 

因此,低投入高效益的解決之道方是我國優先發展和推廣的明智之舉。仔細分析我國機械產品精度「技不如人」的根源,不難看出除了加工工藝與設備落後之外,精度設計與控制技術的落後也是重要原因。精度設計與控制技術歸根結底就利用尺寸鏈計算原理合理的、經濟的、高效的分配各個零件的製造、裝配公差,真正實現產品的高質量、低成本、大批量生產。目前有些企業有一種錯誤的觀點:認為「精度要求不高」,零部件的公差直接採用經驗和設備即可保證產品裝配,不需要採用尺寸鏈計算。 實際上產品裝配中干涉、性能、成本、質量等問題的解決都離不開尺寸鏈計算 ,應該說離開尺寸鏈計算的機械產品設計不是真正的產品設計,至少是不全面的產品設計。

 

在美國,尺寸鏈計算(公差設計、分析)已上升到國家層面,在1999年編制的《2010年及其後的美國國防製造工業》報告中明確指出:「許多國防系統都需要精密的公差,例如:採用模塊化設計的系統(如現代噴氣式發動機、潛艇、艦艇、航空電子元器件與裝置、飛機、槍炮和地面車輛),模塊化開發比非模塊化開發更需要嚴格的配合和公差控制,必須明確、準確地定義製造工藝過程能力和裝配順序,以決定與模塊化開發有關的累積尺寸公差。通過預計變化的詳細設計,必須在設計階段早期對模塊或裝配零部件之間累積公差做出評估。」同時, 該報告中還明確地將「尺寸鏈計算」列入國防製造工業能力的需求,作為今後製造業發展的核心內容。

 

近幾年來,國內對尺寸鏈計算和公差分析也逐漸重視起來,無論是產品的設計、製造,還是性能和質量參數分析中,尺寸鏈計算與公差分析都得到了廣泛應用,尤其是汽車、軍工等各類大型企業,已經將尺寸鏈計算與公差分析作為其產品設計製造必不可少的重要環節之一,他們的成功也正是由於在這些重要環節下足了功夫。我們認為未來國家一定會強化公差設計,因為通過尺寸鏈計算,在設計階段就能把相關的結構,尺寸問題暴露出來,從而提前解決很多問題。

 

「尺寸鏈計算與公差分析」的目的

企業可能會經常遇到以下困惑:

1、設計的產品,無法生產加工;

2、生產加工出的產品,無法滿足客戶或設計要求;

3、產品成本久高不下;

4、產品設計周期經常延期;

………

 

導致以上困惑的重要原因之一是:產品設計者和生產加工者對零部件的精度要求存在某種矛盾,一方面,為了滿足客戶或質量要求,設計時需要提高零件的精度;另一方面,為了降低零件加工難道,生產加工時需要降低零部件精度。

 

尺寸鏈計算與公差分析正是為企業解決產品性能、質量問題,降低企業生產成本的有力工具。通過對產品進行尺寸鏈計算與公差分析,可以設計出合理的產品尺寸及公差,可以幫助企業實現以下目的:

 

1、 合理設定零件的公差以減少零件的製造成本。

2、 判斷零件的可裝配性,判斷零件是否在裝配過程中發生干涉。

3、 判斷零件裝配後產品關鍵尺寸是否滿足外觀、質量以及功能等要求。

4、 在開發階段就仿真出來生產合格率,對產品進行風險評估及預防。

5、對於批量生產、裝配的產品,解決產品的互換性問題。

6、優化產品的設計,這是公差分析非常重要的一個目的。當通過公差分析發現產品設計不滿足要求時,一般有兩種方法來解決問題。其一是通過精密的零件公差來達到要求,但這會增加零件的製造成本;其二是通過優化產品的設計(例如,增加裝配定位特徵)來滿足產品設計要求,這是最好的方法,也是公差分析的意義所在。

 

7、 公差分析除了用於產品設計中,還可用於產品裝配完成後,當產品的裝配尺寸不符合要求時,可以通過公差分析來分析製造和裝配過程中出現的問題,尋找問題的根本原因。

 

8、在設計階段進行尺寸公差分析,可以從根本上解決開發設計過程中的尺寸問題,最大程度地優化零部件、工裝的公差分配,協調各相關部門和供應商對產品的尺寸質量進行系統科學的管理、優化和改進,及時整改設計和工藝,提高單件或總成的尺寸質量,減少生產線調試階段的零部件公差匹配時間,減少後期的被動設計變更,降低成本,同時加快產品投向市場的速度。

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