Pro/E中CETOL模块在产品设计中应用

陆松元

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，线盘的厚度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：

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[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.