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。
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。
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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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