3DCS公差分析工作规范

3DCS公差分析工作规范

1范围

本标准规定了基于CATIA V5软件（以下简称CATIA）进行乘用车整车3DCS公差分析（以下简称公差分析）时的一般性规范，给出了公差分析的方法及流程。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。

《3DCS Analyst 培训教程中文版》

3术语和定义

3.13DCS

3DCS即3维尺寸控制系统(3-Dimensional Control Systems)的简称。

3.23DCS公差分析

3DCS公差分析简单的说就是使用3维尺寸控制软件，通过对数模添加公差从而将数模模拟为真实状态下的工装件，进行公差分析时对软件模拟出的工装件（含公差）进行随机抽样并进行装配，最终分析出零部件中哪些公差设置得不合理的一种方法。

目前我们只对刚性零部件（钣金件或不易变形的硬塑料件等）进行分析。在公差分析时我们一般假定零部件无焊接变形、冲压变形、加工变形和装配变形，将它们均考虑为刚性体。并按各自图纸中的要求对相关零件的固定点、固定面添加尺寸公差和形位公差后进行分析。

3.33DCS装配

在公差分析时需要使用3DCS装配将零部件装配到一起，进行公差分析。

我们常用的3DCS装配均按照3-2-1定位方法进行装配，下面简要介绍一下3-2-1定位方法，以图1中的白色方块为例，若想将它定位至少需要6个定位销(图1中黑色的圆柱)，实际上在软件中可以将这6个定位销抽象为6个点(下图中的绿色圆点)，即至少需要6个点才能将白色方块定位。我们将这6个点分为三组，第一组是指底面的三个点，限制上下方向的移动，三个点可不在一个平面中但其方向向量需要平行。第二组是指后侧面的两个点，限制前后方向的移动。第三组是指左侧面的一个点，限制左右方向的移动。且这三组点所在的平面方向（圆柱轴线方向)要相互垂直，这种定位方法就叫做3-2-1定位方法。

图1

3.4添加公差

进行公差分析时需要在软件中给零部件相应的部位添加公差，公差分析的结果受某些因素的影响较大，主要包括以下几种因素：

1、每个零部件与装配相关的全部尺寸公差、形位公差信息。

2、每个零部件生产商的公差分布信息（如标准正态分布、偏正态分布等）。

3、检具的全部公差信息与其生产商的公差分布信息。

4、夹具的全部公差信息与其生产商的公差分布信息。

5、车辆运行中极限工况导致的变形。

在实际分析时一般不能充分获得上述信息，为了使分析结果贴近实际情况我们一般将相关公差设置为正态分布。若能够充分获得上述信息，则可根据实际公差分布情况设置公差。

3.53DCS测量

目前公差分析可对风险间隙相关的问题进行分析，并找出设置不合理的公差，减少由于公差设置不合理所导致的间隙不匹配问题。在进行风险间隙公差分析时需要对重点关注的部位建立3DCS测量（如零部件间隙），以便软件能分析出哪些零部件的公差对测量结果有影响。

3.6公差分析计算

在公差分析时软件将每个零部件都模拟成实际生产出的工装件（含有公差，一般选择公差服从正态分布）。为了使分析结果贴近实际装车情况，软件在分析时从这些模拟出的工装件库中随机抽取零部件进行装配。为了在保证计算精度的前提下提高计算速度，我们一般使用2000次抽样装配。

3.7公差分析结论

公差分析结束后软件会给出公差分析的结论，根据计算结果可以快速分析出所关注的3DCS测量（如零部件间隙）是否满足我们的要求，同时可以分析出哪些公差对所关注部位（如零部件间隙）有较大影响。

由于每个实际零部件的尺寸都与理论数据存在一定的偏差，因此将这些含有公差的零部件装配到一起时零件的间隙会与理论间隙存在一定的偏差。如果模拟后的最小间隙满足我们的设计要求说明这些零部件的公差设置的比较合理。反之，零部件公差设置的不合理。

由于实际装车中冲压变形、焊接变形、注塑变形和装配变形等是无法避免的，因此将这些零件视为刚性体分析出的装配结果可能会与实际装配结果有一定偏差，但分析出的不合理尺寸及公差与实际情况的趋势是一致的，具有一定的指导和参考意义。

4软件设计环境配置

在进行整车3DCS公差分析前需要对CATIA软件中的一些参数进行设置，以满足公差分析的要求，使计算机能够更快速有效的进行相关分析计算。

4.1CATIA软件设计设置说明

在CATIA中进入“开始→AnalysisSimulation→DCS Tolerance Analysis 7.2.0.0”（如图2），点选图标后弹出参数设置对话框（如图3）进行参数设置，一般采用默认设置即可。

图2

图3

5公差分析

整车3DCS公差分析是结合整车数字模型，使用CATIA软件提供的相关功能，对数字模型进行公差分析，从而将现实零部件存在的公差设置不合理问题直观的反映在软件中，以帮助设计师进行零部件设计及调整。

公差分析若想得出与实际情况相近的结果需要搜集不同零部件的公差分布、生产线夹具的数模及其公差分布等信息。因目前客观条件所限，无法搜信夹具的信息，因此在进行公差分析时只能做总装领域无夹具零部件的装配结果分析，又由于无法搜集零部件公差分布的信息，进行公差分析时可认为零部件公差满足正态分布，这样分析出的结果与实际情况可能有些差别，但具有一定的指导意义。公差分析完成后可编制公差分析检查报告（见附录A）。因条件所限目前我们只能做刚性零部件的公差分析。

5.1公差分析应用命令

1.创建特征点（Feature Point）：根据需求创建公差分析时所用的特征点。

2.定义/编辑移动（Define/Edit Move）：根据实际情况实现对公差分析零部件的装配。

3.定义/编辑公差（Define/Edit Tolerance）：根据实际情况在待分析零部件上添加公差。

4.定义/编辑测量（Define/Edit Measurement）：测量两个零部件间的相对距离。

5.装配（Nominal Build）：将待分析零部件装配到一起。

6.运行分析（Run Analysis）：公差分析软件开始进行分析计算。

5.2公差分析流程

公差分析流程如图4：

图4

5.3 公差分析过程

我们以前车灯简易模型的分析为例对整个公差分析的过程进行介绍

5.3.1 打开前车灯简易模型的数模

打开数模后要将数模激活为设计状态（如图5），进入3DCS模块后点击刷新命令，系统会自动生成3DCS结构树（如图6）。

图5

图6

5.3.2 创建装配所用的点

1.使用（Feature Point）命令创建前灯3DCS装配所用的点（如图7）。按照3-2-1定位法我们

需要创建6个点限制前灯的6个自由度。实际上我们用其中的一个点（H_YZ点）限制2个自由度时可以少创建一个点。图7中H_X1、H_X2、H_X3三点限制X向的位移和Y、Z向的旋转，H_YZ、H_Z两点限制Z向的位移和X向的旋转，H_YZ点限制Y向的位移。

图7

2. 使用（Feature Point）命令并选择支架与前灯对应的固定孔，创建3DCS装配所用的5个点点（如图8），创建这5个点时要保证其与前灯的5个点一一对应。

图8

5.3.3 创建3DCS装配

使用Move命令，选择上面创建的装配点将前灯装配到支架上，如图9、图10。

图9

图10

5.3.4 给零部件添加公差

使用添加公差命令并点击装配所用点为其添加公差，公差分布使用默认值即可，默认公差分布为正态分布（Normal），并设置公差值，如图11中所示的公差值为±0.5，其中Range表示公差带的范围，Offset表示公差带的中心。

图11

5.3.5 建立所关注部位的测量

如图12所示，使用测量命令建立两灯之间间隙的测量，并设置我们能接受的间隙值范围（即设计要求），如图13，在本例中我们将间隙值上限设置为7.5mm，下限设置为4.5mm。建立测量后在进行计算时软件会给添加公差的固定点赋予公差值，这样将带公差的零部件装配后会引起零部件位置的变化，最终导致测量值（即间隙值）的变化，计算完成后我们考查测量值（即两灯之间的间隙值）的变化范围是否满足设计要求（4.5mm～7.5mm），如不满足要求则需要对某些公差值进行调整重新计算直至满足设计要求值为止。

图12

图13

5.3.5 公差分析计算

点击命令进行计算，一般使用默认计算次数（2000次）即可，这样可以使软件在保证分析精度的前提下高效的进行分析计算，点击Start开始计算（如图14）。

图14

5.3.6 公差分析结论

3DCS公差分析采用蒙特卡罗法进行计算。蒙特卡罗方法是一种随机模拟方法，以概率和统计理论方法为基础的一种计算方法，是使用随机数（或更常见的伪随机数）来解决很多计算问题的方法。蒙特卡罗方法将所求解的问题同一定的概率模型相联系，用电子计算机实现统计模拟或抽样，以获得问题的近似解。

我们可以这样理解软件的分析过程：软件分别模拟了前照灯、转向灯和支架的供应商所生产的零件，且这些零件固定点的公差满足我们给出的正态布要求，然后采用随机抽样的方法分别在每家供应商的零件库中抽出一个零件，然后将它们组装到一起，一共进行了2000次这样的操作，并最终组装成了2000个样品。因固定点均添加了公差，几乎每个组装后的零件与其理论位置都会有一定的偏差，这时测量两灯的间隙，如果2000个样品均满足设计要求说明这些固定点的公差设置的比较合理。

本例的分析结论见图15。图15中横坐标为间隙值，纵坐标为横坐标对应的值在2000个样品中出现的频次，中间的两条线LSL与USL分别是我们给出的间隙值下限（4.5mm）与上限（7.5mm），图中满足设计要求的部分为绿色，红色为不满足设计要求的部分。在图的下方有一个列表，分别列出了不同固定点的公差值对分析结果的影响程度（用百分比表示，按照影响力由大到小进行排名）。如图所示前4项的公差对分析结果产生了决定性的影响，因此需要根据实际情况分析（综合考虑加工工艺水平、成本因素、装配条件等等）这4项的公差有哪些能够修改。公差修改完成后重新进行计算直至满足设计要

求为止。

图15