基于特征的尺寸与公差建模及公差设计的研究

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”(50465001),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。

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第一章 绪论

§1.1 课题的研究背景和意义

§1.2 计算机辅助公差设计的发展历史和研究现状

§1.3 本课题的主要研究内容

第二章 基于特征的尺寸与公差空间建模

§2.1 装配体与零件结构特征的关系

§2.2 ISO特征类型及特征自由度

§2.3 尺寸与公差建模方法

§2.4 装配层公差的图论建模[51]

§2.5 实例研究

§2.6 本章小结

第三章 基于特征的装配尺寸链自动生成

§3.1 基于特征的装配尺寸链形成过程

§3.2 尺寸链模型的表达

§3.3 尺寸链的自动生成

§3.4 尺寸链生成程序相关流程图

§3.5 本章小结

第四章 基于特征自由度变动的装配误差累积模型

§4.1 刚体坐标变换的相关知识

§4.2 装配误差累积模型

§4.3 雅可比系数矩阵的建立

§4.4 实例分析

§4.5 本章小结

第五章 公差综合仿真研究

§5.1 公差综合仿真等式

§5.2 基于蒙特卡洛的统计仿真

§5.3 给定分布的随机数产生

§5.4 实例分析

§5.5 本章小结

第六章 原型系统的设计及其实现

§6.1 Pro/E软件简介

§6.2 在VC环境下开发Pro/Toolkit程序

§6.3 公差设计原型系统

§6.4 实例分析

§6.5 本章小结

第七章 总结与展望

§7.1 本文总结

§7.2 课题展望

参考文献

致谢

附：在学期间撰写及发表的论文