基于特征的尺寸与公差建模及公差设计的研究-机械设计制造及其自动化专业论文.docx

万方数据 万方数据 摘 要 摘 要 公差设计影响产品的功能和制造成本，是 CAD/CAM 信息集成中的关键技术，已经 成为 CAD/CAM 信息集成的瓶颈。本文结合国家自然科学基金项目“面向设计与制造过 程集成的公差设计模型和方法”，进行了尺寸与公差表达模型、尺寸链自 动生成以及公差综合方面的研究。取得的主要研究成果如下： 在基于特征造型的 CAD 系统中，将产品装配模型划分到特征层次，结合 ISO/TC213 的特征类型研究了各实际特征和拟合派生特征及其关系，利用图论的相关知识建立基 于特征的尺寸及公差表达模型，并结合工程实例予以验证。 分析了装配尺寸链的形成过程，结合尺寸与公差图论模型给出面向装配尺寸链的 表达数据结构，给出尺寸链自动生成的搜索原理。具体搜索原理为指定装配封闭环对 应特征后，对装配数据库中各配合特征进行结点删除的深度优先搜索，判断并删除冗 余结点最终得到尺寸链对应最短搜索路径。装配尺寸链包含了与设计时给定装配功能 要求的各零件配合特征，是后续进一步分析的基础。 利用机器人学的相关知识，建立基于特征自由度变动的装配误差累积模型。特征 自由度变动分为平动和转动两种，分别讨论了特征平动和转动累积对装配功能要求的 影响，建立了雅可比系数矩阵，为后续公差综合奠定基础。 在建立雅可比系数矩阵的基础上，利用蒙特卡洛方法进行公差综合仿真的研究。 对已知的装配功能要求各量化指标，从统计角度模拟分析得到各配合特征自由度分量 的分布情况，利用统计分析与作图软件给出公差带空间分布的直观图形。通过实例验 证了所提出的方法。 在 Pro/E 三维 CAD 设计软件中开发了基于特征的公差设计原型系统，研究各模块 与 Pro/E 的集成并给出实例验证。 关键词：特征自由度，尺寸与公差建模，装配尺寸链，公差综合仿真，Pro/E I 万方数据 万方数据 Abstract Abstract Tolerance design affects functional roles and manufacturing costs of products. It has become a key technique and choke of information integration of CAD/CAM. In this paper, the research has been carried out on the basis of the “Modeling and Methodology for Integration of Design and Manufacturing in Tolerance Design” (National Nature Science Fund Project, No: , including modeling of dimension and tolerance, generation of dimension chain, and tolerance synthesis. In the CAD system based on feature mould, the assembly model is divided into hierarchy of feature. Combined with new feature type defined by ISO/TC213, the relation between a real feature and its fitting feature is analyzed. The model of dimension and tolerance is established with graph theory. An engineering example is introduced to test the established model. The establishment of dimension chain is studied. The data structure of assembly database faced to dimension chain is given, and the automatic generation theory of the dimension chain is put forward. Through specifying the closing loop, the searching procedure can give the path, and the redundant nodes can be deleted. The dimension chain is gene