​导读：

不少老铁在绘制工程图时，最头痛的问题就是尺寸的公差设定，看着满屏幕的尺寸，往往不知道如何下手。

尺寸设定得太精密了，生产做不了，会骂；尺寸设定得太宽松了，产品功能、质量、可靠性容易出问题，老板又会骂。

本文介绍公差设定的第一原则：尺寸公差的设定需要根据零件制造工艺的制程能力。

01什么是制程能力

1.1制程能力的概念

制程能力(process capability)是指一个制程在固定生产条件及稳定管制下所展现的品质能力。

其中、制程是指制造过程，包括各种加工制造和装配过程，例如注塑加工、机械加工、冲压加工、以及超声波焊接等。

其中的“固定生产条件”包括设计的品质、机器设备、作业方法与作业者的训练、检验设备等因素。

“稳定管制”指以上因素加以标准化设定并彻底实施，且该制程之测定值均在稳定的管制状态之下，此时的品质能力方能算作该制程的制程能力。

1.2衡量制程能力的指数：Cpk

衡量一个制程的能力通常使用Cpk，包括制程精密度指数Cp和制程准确度指数Ca。

Cp的计算公式为：

T为尺寸的公差范围，USL为公差上限，LSL为公差下限，这就是图纸中工程师需要设定的公差值。

▲Cp体现了制程的精密度

Ca的计算公式为：

M为尺寸的名义值，这个值就是工程师在三维产品设计时设定的。

▲Ca体现了制程的准确度

Cpk的计算公式为：

Cpk越大，制程中产生不良品的概率就越小，即DPPM（Defectsper million parts，每一百万件之不良）就越小，制程能力越好；Cpk越小，DPPM就越大，制程能力越差。

▲Cpk与σ、DPPM和良率的关系

判断制程能力是否足够的标准是：

1.3 为什么公差很精密时，供应商不答应？

通过上面的公式可以看出，对于任何一种制程，无论是注塑、冲压和机加工，其制程能力都是与尺寸的公差大小直接相关。

如果公差很精密，那么Cpk就变小，零件的不良率就很高，成本也会很高。

而且，现在大多数公司对于零件的承认都一套完整的体系和文件，要求供应商生产的零件其关键尺寸的Cpk符合要求，如果不符合就需要改模。

所以，当公差很精密时，供应商当然不同意。

1.4 公差的设定必须考虑制程能力

公差的设定必须考虑制程能力，这是公差设定的第一原则。

否则，公差设定很精密，产品的功能、质量和可靠性等从理论上可以满足，但是生产做不出来，或者做出来的零件尺寸超过当初设定的公差，那么这非常有可能对产品的功能、质量和可靠性等带来潜在问题。

或者，零件做出来了，但是制程能力达不到要求（Cpk至少1.33），那么就不得不去改模修模，实在不行，又只能把公差放宽，但是功能等有可能会出问题。

以上故事基本上在每一个产品开发中都在反反复复的重演。为什么不一开始就把公差根据制程能力来设定呢？

02不同制程的制程能力

既然零件二维图中的尺寸公差需要根据制程能力而定，那么工程师必须清楚的知道各种制程所能达到的制程能力。

把不同制造工艺的制程能力的相关标准或文件整理成册，以方便工程师在设定公差时有了标准和依据，这一直是我准备在做的事情。

在之前的文章中，我曾经分享过注塑和冲压的公差标准。

干货 | 塑胶件公差用哪个标准比较好？

干货 | 压铸公差及北美压铸协会压铸件设计标准下载

这是注塑和压铸不错的参考标准，后续我会考虑再增加其它工艺。

不过，这些标准都只是谈到了公差的范围，并没有具体说明在这个公差范围之下能达到多少Cpk，不良率有多少。

今天我想给大家分享一个老外在这方面的研究：这是一个网络版的不同制造工艺的公差标准。其厉害的地方在于可以根据尺寸大小及其公差范围，可以计算出生产时的Cpk和不良率，反之亦然。

例如，一个PC的塑胶件，名义尺寸为100mm，公差为±0.20mm，那么其生产时Cpk可以做到1.46，PPM为6.1。

大家如有兴趣，可以访问如下网址，注册一个账号，有30天的试用期。

在这里，我并非推荐这个产品，我只是高度认可其思路，希望给大家一些启示。

03总结

工程师在绘二维零件图时，公差设定首先考虑的第一原则是制造工艺的制程能力，不能随意的设定。

而为了能够设定的定义公差，工程师必须对企业常用的制造工艺的制程能力了如指掌。

只有这样，公差才能架起一座设计与制造的桥梁，既能满足产品功能、质量和可靠性等的要求，同时又能满足大批量顺利生产的目的。

04扩展阅读

这是我收集整理的制程能力CPK，注塑、压铸、冲压、机加工和铝挤压等制程能力的相关资料。

以下资料均可百度文库搜索下载；关注公众号“降本设计”回复“CPK”获取下载方式。

参考文献：《面向制造和装配的产品设计指南》第2版 机械工业出版社 2016年

关于作者：

钟元，2020年3月出版《面向成本的产品设计：降本设计之道》（DFC）

2011年出版书籍《面向制造和装配的产品设计指南》（DFMA）

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