2004年12月现代防御技术Dee.2004第32卷第6期MODERN DEFENCE TECHNOLOGYVol.32 No.6计算机辅助装配公差分析的探讨·宋铁牛，张阳(中国航天科工集团公司二院25所，北京100854)摘要：探讨了将公差分析纳入到设计过程中，并对设计过程中公差取值进行指导的可行性，在用P/E在计算机上进行产品预装配的过程中利用公差分析中的最坏情况分析法、统计分析法、敏感分析法、百分比贡献分析法以及Po/E软件中的CE/TOL(公差分析)模块对所设计的零件和零件装配的全过程进行公差分析与综合，确定零件的公差在装配过程中影响关键尺寸公差的约束及其敏感度，通过改变个别零件的关键尺寸的公差约束来降低制造成本，减少发生干涉和精度超标的概率，提高装配精度。关键词：计算机：设计：公差分析中图分类号：0212.1：TP391.72文献标识码：A文章编号：1009-086X(2004)060069-04Study on computer aided assembly tolerance analysisSONG Tie-niu,ZHANG Yang(The 2S th Insititute of the Second Research Academy of CASIC,Beijing 100854,China)Abstract:Tolerance analysis and the feasibility of instructing the tolerance value in the course of de-sign were discussed.When using Pro/E to assemble the products in the computer,the tolerance of the de-signed parts and the whole parts assembly process was analyzed and synthesized,by using the worst situa-tion analytical method,statistic analytical method,sensitivity analytical method,percentage contributionanalytical method and CE TOL module.Thus,the restriction and its sensitivity on the key dimension bythe tolerance of the certain parts in assembly process were confirmed,through changing tolerance restric-tion of one or two parts's key dimension,the produce costs can be depressed,the probability of interfer-ence and precision superscale can be reduced,the assembly precision can be improved.Key words:Computer:Design:Tolerance analysis技术性能和指标的要求山。在以往的设计过程中1引言没有公差分析的手段，设计师在进行产品设计时对产品和零件的公差与制造成本是一对矛盾，公于公差的确定往往是凭经验和采用类比法，即参照差指标提得越高，加工的难度就越大，所涉及的工序其他人的设计或与之相类似的结构。合理的公差取和设备越多，占用的工时越多，制造成本就越高：公值对于设计师来说是很难把握的，要靠长期的经验差指标提得低，虽然制造成本低了，但达不到设计的积累，对新手和经验不足的设计师来说尺寸公差的*收稿日期：2003-10-31：修回日期：2004-02-26作者简介：宋铁牛(1964-)，男，陕西延安人，高工，硕士，研究方向为信息技术应用和信息化系统建设。通信地址：100854北京市142信箱205分箱电话：(010)68762342E-mail:stn@sohu.com万方数据现代防御技术2004年第32卷第6期确定是很困难的。对于尺寸公差的确定、分配、公差取值大小的合理性，按照设计给定的精度加工出的定义装配简化装配模型零件，是否满足产品的性能和技术指标的要求，不同装配精度对产品的精度是否有影响，不能给出肯定交叉轴配合定义设计要求的回答：往往只有在零件加工出来和装配时才发现球与面配合问题，通过反馈，修改设计。这样就造成浪费、返工、定义零件公差模理点与面配合增加成本、影响生产进度。有时为了达到产品的性定义配合关系能和技术指标的要求，盲目提高精度指标，又会增加球面配合产品的制造成本.进行分析设定自由度一般面配合与报告本文的目的是提供一种评估公差状况的手段，通过公差分析与系统综合，为设计提供可靠、准确、图1装配公差模型流程图Fig.1 Flowchart of assembly tolerance model合理的公差分配的依据。2装配公差模型3公差分析技术研究在设计过程中将设计好的零件进行三维预装3.1最坏情况分析方法配，建立数字样机，利用公差分析与系统综合通过分最坏情况分析意味着如果所有的尺寸都处于最析零件公差对产品装配过程和装配精度的影响，建大偏差情况下都可满足要求，那么所有合格零件都立装配公差模型和零件公差模型。在建立装配公差能进行满足要求的装配，这样做可以保证100%地模型树、装配公差网络图的基础上，进行公差分析与满足装配的正确性，可以100%地满足零件的互换综合。运用变量化几何技术确定装配过程中零件配性。合之间的最坏情况及统计的公差积累，得到装配过实现最坏情况分析，要求所有的尺寸都处于最程中影响关键尺寸公差的约束及其敏感度。利用公大偏差尺寸值。用于最坏情况分析的计算公式如差分析与系统综合，通过改变个别关键尺寸的公差下：约束来提高零件的可装配性和互换性：减少由于公一维情况：差分配不合理或不正确而造成的装配后产品精度超标和返工的概率：减少装配过程中的选配、修配和调整时间，提高装配效率，降低制造成本。Stackup Tolerance装配公差模型流程如图1所示，其中，简化装配模型是指缩小装配范围，只选取与设计尺寸相关的式中：T:为第i个尺寸的上下公差。零件：定义设计要求是确定被评估的关键尺寸：定义二或三维情况：配合关系是指定义零件之间的配合关系。每一个零件都有6个自由度，在装配过程中需要对每个零件的每一个自由度进行约束。当整个装配中无过定位或欠定位时，才可进行正确的公差分析。定义零件式中：T:为第i个尺寸的上下公差：dx的公差是指为装配过程中的每个相关零件定义它的对i个关联尺寸求导得到。各个尺寸与尺寸上下偏差。进行分析与报告包括对3.2统计分析方法要求测量尺寸进行统计分析或最坏情况分析。然后不同于上述的最坏情况分析方法，它并不要求根据尺寸间的影响关系，进行必要的修改。100%的装配，但它可以实现设计和生产成本的有效降低，让尺寸在较宽松的公差范围内满足预期的装配要求[)。该方法是根据生产能力或装配能力，把万方数据现代防御技术·仿真技术③宋铁牛，张阳：计算机辅助装配公差分析的探讨71尺寸偏差描述为尺寸值分布的情况。这种方法的计算更为复杂。它从零件实际加工的情况出发，对装配的可靠性进行预测。Distribution IDistribution 2Stockup Distribution加工尺寸的分布一般有2种情况，即标准正态分布和平均分布。每个加工尺寸，可以根据预期的加工情况或样本设计为特定的分布情况和参数。例如，利用样本的算术平均值和标准偏差就可以唯一式中：为测量尺寸对每个相关尺寸的导数：口，为dx.地确定一个标准正态分布曲线。而标准偏差又可以第i个尺寸的加工偏差。由一系列的分布要素计算出来：平均值：4分析计算对非直接加工出的关键尺寸进行分析计算，要样本方差：根据与之相关的其他直接加工出的尺寸进行计算。利用这些直接加工出的尺寸预测分布情况，来计算出间接加工出的尺寸分布情况，再把该分布情况与次样本方差：设计对该尺寸要求的上下偏差进行分析，看是否可满足要求，如图2所示。公差下限，mm公差上限，mm式中：x:为样本空间中的元素：n是样本的维数：可以预先给定u,2和山，然后计算出一系列的其他0 ppm要素。如：Std Dev =0.016 154标准方差：0.00200.00600.1200图2非直接加工零件的间隙分布图斜度：Fig.2 Clearance distribution of indirect manufacture part从图2中可以看出，间隙的分布情况是根据每峰值：个尺寸都按C。=1的正态分布来计算出来的(C。工序能力指数，C,影响样本的标准差)：间隙的名义尺寸和平均尺寸都是0.1524mm(0.0600im):间隙样本标准方差的计算公式为大小分布的标准差为0.010154mm:斜度skewnesss(B,)为0.O0:这意味着分布是对称的。峰值kurto-n-1sis(B2)为3.00mm,基于前提假设C。=1.0,该间装配过程误差统计分析如下：隙尺寸不合格的可能性很小。(1)一维情况：若不满足要求，可继续进行如下几种分析：(1)敏感分析(sensitivities)(见表1)从表1中可看出，所要求的间隙尺寸对上面这式中：T为每个尺寸的上下偏差。10个尺寸是同样敏感的（绝对值大小都为1），这是(2)三维情况：因为对该尺寸的计算是在一维线性中进行的。万方数据工现代防御技术·仿真技术