基于多色集合理论的几何公差信息推理及其规范性验证

针对基准体系、公差类型、附加符号等几何公差信息设计不规范的问题,提出基于多色集合理论的几何公差信息推理及其规范性验证方法。首先根据构建的几何公差本体模型,提出几何公差信息推理层次结构,并建立了该推理层次结构的多色集合模型。然后根据新一代产品几何规范,提炼了推理层次结构中不同层次信息之间的映射关系,形成了几何公差信息推理围道矩阵。在此基础上,通过分析基准约束的自由度方向,判断是否存在基准冗余和基准顺序不一致等问题,验证了基准体系的规范性;基于围道矩阵以及推导的几何公差信息推理算法,经过两步推理得到了适用的公差类型、附加符号,验证了几何公差设计结果的规范性。基于上述模型和算法开发了几何公差信息规范性验证软件模块,通过实例分析,证明了所提方法的可行性与有效性。     

面向MBD的几何公差智能化标注技术

为了解决MBD(Model Based Definition)模型中几何公差的3D(three-dimensional)标注不符合新一代GPS(Geometrical product specifications)标准体系的规范要求问题。文章面向MBD模型,基于恒定类建立几何公差项目的自动判别规则,依据新一代GPS标准体系对几何公差3D标注的规范,开发了与Creo平台无缝集成的几何公差标注模块,从而实现几何公差标注的规范化和智能化。     

面向虚拟装配的产品公差模型

从虚拟环境下产品模型的特点和特殊要求出发,提出了产品公差模型的概念,分析了虚拟环境对公差信息的需求,指出除基本信息外,还需要提供公差的动态行为信息.根据虚拟环境下面片模型的特点,提出了一种面向虚拟环境的多层次结构的产品双耦合公差模型,并结合产品属性信息建模,解决了虚拟环境下产品公差模型的构建问题.从几何模型的构建、属性信息的获取、不同层之间的映射技术等方面,系统地论述了该模型的具体实现方法,并结合公差动态行为信息在虚拟装配中的作用、公差和精度的可视化显示、公差的设计反馈等技术论述了该模型的具体应用方法.     

虚拟装配中几何精度可视化及其实现技术

针对公差设计过程中产品几何精度信息的表达缺乏直观性和可感知性的问题,在分析几何偏差、公差域及公差等级等精度信息的基础上,提出基于标注模式和颜色感知的几何精度可视化表达方法。通过解析装配系统中的几何模型、精度模型及三维标注模型,建立几何精度的可视化模型以及精度信息与颜色值的映射关系,解决了可视化模型与几何模型、三维标注模型等的关联问题。在此基础上,借助虚拟环境相关渲染技术,实现了几何偏差或误差相对于上下偏差限的几何精度相对可视化,以及反映公差等级的几何精度绝对可视化,提高了几何精度信息在虚拟装配系统中的可感知和可交互性。相关模型和算法已在原型系统中得到实现,并通过实例进行了验证。     

生长型设计中公差进化设计方法研究

为实现生长型设计中尺寸链及形位公差项目的自动生成,在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则。指出生长型设计中紧随结构的自顶向下、不断进化,公差进化设计模型也呈现为一种层次式结构;同时由于功能表面及其名义特征所具有的承载功能及几何信息的特点,可作为公差进化演绎的单元载体;在此基础上建立公差进化设计的基本过程模型。提出产品结构进化设计中,构建基于功能表面的装配网络以及基于名义特征的约束网络的双层装配约束网络的基本方法,给出辅助公差进化设计的公差断言;在此基础上,给出基于双层装配约束网络及公差断言的尺寸链及形位公差进化设计的基本过程。以活塞精镗销孔夹具的公差设计为例,说明所提出的公差进化设计方法在生长型设计中的成功应用。     

一种面向可装配性的公差分析方法

基于新一代产品的几何技术规范,分析了装配体的几何信息构成,给出了基于自由度分析的变动域建模原理和变动域-SDT(small displacement torsor)映射关系,采用齐次坐标变换描述了特征几何变动在装配体中的传播和累积,建立了包含零件公差信息和装配间隙信息的装配公差累积模型;构建了公差回路的矩阵表达式,用两个简单装配公差分析实例说明了零件可装配性条件及分析过程;最后以一个工程计算分析实例验证了方法的正确性。     

基于点云数据的反求特征约束识别方法

反求CAD模型应该包含原始的设计意图.忽略特征之间几何约束的重建CAD模型很难满足产品装配对齐及产品对称等要求.点云数据隐含了原始CAD模型设计信息.识别隐藏在数据点云中的正向设计CAD建模特征和定位基准特征,从而为基于约束的公差求解提供基础,是准确进行反求CAD建模的关键.结合正向设计手段,研究利用点云数据识别原始设计特征约束信息,从而准确反求原始模型.     

几何公差基准体系合理性检验的本体化方法研究

为解决基于纯数学的基准体系合理性检验方法难以显式表示检验过程中所使用的公差信息语义的问题,将本体技术引入到合理性检验的研究中.首先建立了一个由公差类型层、基准体系层、基准层、几何要素层和自由度层组成的层次公差信息模型,用于表示基准体系合理性检验中所使用的公差信息.然后在所建立的模型基础上构建基准体系合理性本体,表示产品几何信息的结构和相互关系.在构建的本体中,定义了基于布尔运算和自由度分析的推理规则来描述基准体系合理性检验过程中的知识和经验.设计并实现了一种基于本体推理规则的基准体系合理性自动检验算法.通过将该算法应用于工程实例,验证了该算法的有效性.     

基于几何公差描述逻辑的公差类型的自动生成

为了使公差信息更好地被计算机理解,将描述逻辑引入到对公差设计的研究中.从几何要素之间的基本空间关系出发,提出几何公差描述逻辑GTDL(Df),并给出该逻辑的Tableau判定算法.应用GTDL(Df)的刻画能力,构建几何公差的GTDL(Df)表示模型;在此基础上,借助GTDL(Df)的Tableau判定算法,设计公差类型的自动生成算法.通过工程实例验证了生成算法的有效性.     

基于齐次坐标变换的统计装配公差建模

基于新一代产品几何规范与认证体系,研究了基于齐次坐标变换的统计装配公差建模方法。将装配有向图改进为装配体几何关系图,图象化地表达与装配公差有关的关键特征及特征间的关系。用三维向量和齐次坐标转换矩阵来建立能够表达主要装配定位连接和辅助装配定位连接信息的装配公差传递模型。以实际零件为随机自变量,以该装配公差传递模型为映射函数,建立了统计装配公差分析模型。给出了该方法在公差分析中的应用实例。     

面向精度分析的全语义产品模型研究

为了利用计算机技术辅助产品的精度设计,提出了计算机辅助精度分析的概念,阐述了其分类、内容和方法,并建立了一种面向狭义计算机辅助精度分析的3维产品模型——全语义产品模型。按照产品层次的不同,将该模型分为零件级和装配级两类,因而在构造不同类型的模型时需要附加不同层面的信息,并将这些信息转化为相应的邻接矩阵形式,存储在产品的相应模型文件中,这样,全语义产品模型弥补了基于特征设计的几何模型的缺陷,能够提供精度要求、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度和装配约束关系等方面精度分析所需的信息,为实现计算机辅助精度分析提供基础模型。该模型已成功用于自主开发的计算机辅助精度分析系统中。     

基于特征几何变动的三维公差综合建模方法研究

针对计算机辅助公差设计中的三维公差综合问题,研究并建立了基于特征几何变动的三维公差综合方法和模型。在机械产品的装配中,将各零件配合几何特征视为刚体,利用刚体在三维空间中六个自由度方向上的微小几何变动所形成的区域来描述三维公差,在此基础上,采用机器人运动学中的齐次坐标变换方法获得各个特征几何变动量的累积关系等式,并通过工程计算中常用的广义逆求解得到装配功能要求与各配合几何特征自由度变动量间的关系,由此建立三维公差综合模型。最后,将本文阐述的方法运用于齿轮泵装配体实例,得到了轮齿侧向间隙要求与各配合特征几何变动量间的三维公差综合模型,从而验证了本文所提方法的实用性和有效性。     

支持并行工程的公差设计与评价研究

基于ISO／TC213的几何产品规范标准中的特征定义，提出了变动几何约束网络概念，并给出了它的运动学模型，阐述了在于该网络的完全约束评价和可装配件评价，引入并行工程的设计理念，将公差评价方法融入公差优化设计过程，研究了面向三维CAD系统的公差设计和原型系统。     

基于MBD技术三维工艺系列标准的研究探讨

1引言 随着三维CAD技术的深化应用。基于模型定义MBD（Model—BasedDefinition）的数字化设计与制造技术已经成为制造业信息化的发展趋势。MBD是产品数字化定义的先进方法．它是将产品各类信息按照产品模型的组织方式定义。其核心是三维模型。整个过程不再有二维工程图样。MBD改变了传统的由三维实体模型来描述几何信息．而是用二维工程图样定义尺寸、公差和工艺信息的产品数字化定义方法。同时．     

基于UG的三维装配尺寸面链表组自动生成方法研究

针对目前装配尺寸链不能实现真正意义上的自动生成及在装配尺寸链中很少考虑几何要素的几何公差的问题,提出了一种基于几何要素控制点理论公差表示模型的三维装配尺寸面链表组自动生成方法。在分析装配公差建模的信息组成的基础上,建立了装配公差信息的计算机储存储数据混合图结构。以UG NX7.5为二次开发平台,提取了三维装配体内零件上尺寸公差、几何公差、装配基准以及装配目标等信息。首先,确定了封闭环;然后,根据建立装配尺寸链的最短路径的原则搜索装配公差信息图,建立了三维装配尺寸面链表;最后,根据装配顺序及设计基准将其按零件拆分为三维装配尺寸面链表组。以三正交平面作为装配基准的轴孔装配为例,对该方法进行了验证。研究结果表明,该方法能够综合考虑几何要素的尺寸和几何公差,为后续的公差分析工作打下坚实的基础。     

基于配合约束的几何公差分配方法

当公差原则为相关原则时，如何建立相关尺寸公差到几何公差的定量转换关系，实现几何公差的精准分配，是该领域亟待解决的问题。通过几何公差自顶向下分配的定性分析与定量计算，提出一种基于配合约束的几何公差分配方法。根据配合公差、互参照公差和自参照公差之间的约束，构建了基于配合约束的公差关联模型；基于上述关联，构建了与产品结构同步的几何公差设计过程模型；将装配接点作为配合公差传递的基本载体，根据装配接点的顺序和表面类型，提出了相关配合表面旋量矩阵的分析方法，并基于旋量矩阵生成相关表面的几何公差约束；以基于旋量矩阵的公差约束、加工精度约束和互参照公差对自参照公差的约束为约束条件，以最小总公差成本为目标函数，利用遗传算法实现了几何公差数值的优化。最后，以曲轴活塞机构为实例进行了几何公差的分配，经与经验法对比，验证了该方法的经济性与有效性。     

生长型设计中的功能公差设计理论

在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则,提出将产品功能要求转化成零部件之间的几何约束关系,并最终表达为对功能尺寸约束的功能公差设计理论。建立成本—公差敏感函数的数学模型,将产品设计、制造、使用以及技术折旧成本作为公差分配的控制约束,并在其中引入产品使用磨损模型,以经济学中的贴现率来表征技术折旧成本,以成本最低为目标函数,以合理的工艺能力指数、装配功能、装配质量作为约束条件,实现基于功能与成本的面向产品全生命周期的尺寸公差分配。最后,设计实例说明所提出的功能公差设计理论能够在生长型设计中成功应用。     

基于公差的数控外圆磨床几何误差源参数建模研究

公差对机床的精度设计具有指导意义,目前机床设计大多仍依赖于传统经验.为揭示机床零部件公差与机床几何误差源参数间的映射关系,本文以数控外圆磨床为例,构建了零部件公差与其表面几何形貌误差的关系模型,依据磨床零部件公差的概念及其运动规律,推导出零部件几何误差形貌与几何误差源参数的内在联系,建立了磨床关键零部件公差与机床几何误...     

CATIA环境下的坐标测量信息识别与获取

测量信息识别与获取是进行工件误差评定和测量规划的基础和前提,是智能坐标测量的关键技术之一。坐标测量信息包括公差信息和与公差关联的几何信息,结合新一代产品几何技术规范(GPS)和坐标测量原理给出了零件坐标测量信息的详细构成。给出CATIA环境下的坐标测量信息识别与获取流程,通过对CATIA进行二次开发建立了公差信息及相关几何信息获取工具,并以实例验证该工具的可行性。     

NX环境下基于MBD与新一代产品几何技术规范的零件坐标测量信息获取

为实现零件三坐标测量信息获取,结合零件的MBD模型和新一代产品几何量技术规范并且针对工件坐标测量信息要求,探讨了在NX环境下实现三维环境下零件三坐标测量信息的表示与获取方法。通过对零件MBD数据集中的测量信息构成进行分析,结合新一代产品几何技术规范构建工件坐标测量信息关联关系表示模型,用于描述公差信息与几何要素之间的关联关系。根据该模型给出NX环境下的坐标测量信息获取流程,开发了测量信息获取工具。最后,通过实例验证了上述研究方法和获取工具的可行性和有效性。