一种装配公差设计系统的实现方法
【专利摘要】本发明涉及一种装配公差设计系统的实现方法，其过程为：步骤a，推理装配公差类型及其对应的公差带类型；将步骤a推理出的公差及公差带类型在CAD系统中显示出来，并将公差类型信息输出用于构建装配公差网络；步骤b，构建装配公差网络；将步骤b生成的装配序列、VGC网络以及装配公差网络在CAD系统上显示出来，同时将公差网络信息输出用于公差优化设计；步骤c，实现公差优化设计。本发明在CAD系统平台上构建装配公差设计系统，利用从产品实体模型中获得的信息实现装配尺寸公差和几何公差的综合设计。
【专利说明】一种装配公差设计系统的实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机械装配公差的设计方法，尤其涉及一种装配公差设计系统的实现方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中公差设计是产品开发的一项重要工作，是产品功能需求和制造成本之间的一个重要环节，涉及到产品生命周期的各个阶段。装配公差是公差设计的一项重要内容，不仅决定着产品的装配能力和质量，而且还影响着产品的制造成本和服务寿命。在过去数十年，关于公差设计的研究已经取得了很大的进展。在一些CAD系统中，已经能够指定单个零件的尺寸公差值。但是，并没有一个标准就如何实现装配体的装配公差设计进行说明，更不存在一个得到广泛应用的方法。因此，如何在CAD系统中实现装配公差的自动生成已成为一个迫切需要解决的问题。
[0003]在传统的机械设计中，装配公差是由设计师在工程图纸上或者CAD系统中，采用经验设计、类比设计的方法，依据已有经验、类似产品的设计参数、相关的设计制造标准或者设计手册来确定的。在这种工作方式中，公差设计方案的合理性取决于设计师的工作经验和能力，在多数情况下，获得的仅是满足产品功能要求的可行的公差设计方案，而不是最佳设计方案。当设计结构简单的产品时，这种影响体现的并不明显，但是对于复杂的装配体，情况则会完全不同。因此，在机械设计中存在实现装配公差设计自动化的优化设计，用以提高设计质量，降低开发成本。
[0004]鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种装配公差设计系统的实现方法，用以克服上述技术缺陷。
[0006]为实现上述目的，本发明提供一种装配公差设计系统的实现方法，其过程为:
[0007]步骤a，推理装配公差类型及其对应的公差带类型；
[0008]首先从CAD系统获取产品的装配约束信息，依据装配特征类型及其装配约束关系，利用关系矩阵推理获得对应的装配公差类型，然后利用公差类型与公差带的对应关系，推理获得公差带类型；
[0009]将步骤a推理出的公差及公差带类型在CAD系统中显示出来，并将公差类型信息输出用于构建装配公差网络；
[0010]步骤b，构建装配公差网络；
[0011]从CAD系统的三维模型中提取产品的装配信息，生成其装配序列，并在此基础上基于VGC理论构造VGC网络；通过VGC和公差类型的对应关系以及从步骤a输入的公差类型信息，推理生成三类装配公差类型，然后将其添加到VGC网络构建装配公差网络；
[0012]将步骤b生成的装配序列、VGC网络以及装配公差网络在CAD系统上显示出来，同时将公差网络信息输出用于公差优化设计；
[0013]步骤C，实现公差优化设计；
[0014]以步骤b所生成的装配公差网络信息为基础，将其中的公差链作为染色体，尺寸公差等级、形位公差等级以及功能需求等作为约束条件，以最小加工成本为目标函数，通过遗传算法实现尺寸和几何公差的综合优化设计。
[0015]进一步，上述步骤a推理装配公差类型及其对应的公差带类型的过程为:
[0016]步骤al，在CAD系统中建立产品的三维装配模型；
[0017]步骤a2，将装配模型分解为零件；
[0018]步骤a3，用LTC算法从产品的三维模型中提取零件间的装配约束关系；
[0019]步骤a4，基于PST理论建立零件的装配关系矩阵；
[0020]步骤a5，用AME算法提取零件的装配特征；
[0021 ] 步骤a6，从零件的装配关系矩阵获取信息，基于PST理论和TTRS理论建立装配特征面间的装配约束关系矩阵；
[0022]步骤a7，同时，推理装配特征面的基准参考框架；
[0023]步骤a8，通过装配约束类型推理关系矩阵，推理得到每一对装配特征面的装配约束类型；
[0024]步骤a9，利用装配公差类型推理关系矩阵，推理装配特征约束中两个装配特征面所对应的装配公差函数；
[0025]步骤alO，以产品的功能需求、装配特征面的几何位置关系和装配公差类型的选择和优化原则等为约束条件，从装配公差函数中选择满足装配特征设计要求的装配公差类型；
[0026]步骤all，根据几何公差公差带的推理关系矩阵以及装配特征面的基准参考框架，推理得到装配特征面的每一个装配公差类型所对应的公差带集合函数；
[0027]步骤al2，根据装配特征面的位置变化或者它的最小几何基准要素，最终确定公差类型所对应的公差带类型；
[0028]步骤al3，将步骤a9和步骤al2的推理结果组合在一起得到装配体中每一个装配特征面需要设计的装配公差类型及其公差带类型。
[0029]进一步，上述步骤b装配公差网络设计实现的过程为:
[0030]步骤bI,利用LTG和AME算法,从广品的二维模型中提取装配/[目息；
[0031]步骤b2，根据装配结构树的生成规则构建具有层次式结构的装配结构树；
[0032]步骤b3，基于PST理论，利用产品的几何信息和装配信息建立位于装配结构树不同层上的子装配体的装配信息模型；
[0033]步骤b4，从装配信息模型和产品的三维模型中提取装配信息，以零件对为基本单元建立装配关系模型；
[0034]步骤b5，分别建立零件的定位关系模型和干涉关系模型，最终生成装配序列；
[0035]步骤b6，基于VGC理论确定配合树和基准参考框架并生成装配特征链；
[0036]步骤b7，利用SVGC、CVGC和MVGC推理矩阵对装配特征链中的VGC进行识别，构建完全约束的VGC网络；
[0037]步骤b8，利用自参考、互参考和配合公差推理矩阵获取每一个VGC所对应的装配公差；
[0038]步骤b9，将步骤b8推理出的装配公差添加到VGC网络构造完全约束的公差网络。
[0039]进一步，上述步骤c公差优化设计实现的过程为:
[0040]步骤Cl，以步骤b生成的公差链信息为基础，根据加工方法、形位公差和尺寸公差的对应关系选择形位公差等级；
[0041]步骤c2，建立形位公差加工成本函数；
[0042]步骤c3，以步骤b生成的公差链信息为基础，选择基准制、尺寸公差等级及其装配特征的配合；
[0043]步骤c4，建立尺寸公差加工成本函数；
[0044]步骤c5，以装配公差网络设计模块生成的公差链信息为基础，用产品装配的功能需求作为公差链的封闭环，将其转化为二进制编码串，作为遗传算法的染色体，通过选择、交叉和变异等操作，以获得最优的或接近于最优的尺寸及几何公差值。
[0045]进一步，上述步骤b7中应用SVGC、CVGC和MVGC推理矩阵，推理出上述特征间的变动几何约束，添加到下述装配特征链的公式中，
[0046]DRFl 5 — P15-ADF1 — P1^RF1 — P14-RF1 — P1^ADF1
[0047]— DRF14 — P14_ADF2 — P14_RF2 — Piz-RF1
[0048]— P1^ADF1 — DRF17 — P17_ADF2 — P17_RF2
[0049]— P16-RF1 — P16-ADF1 — DRF16
[0050]式中，DRF14、DRF15、DRF16和 DRF17 表示零件 P14、P15、P16 和 P17 的基准参考框架；其中，ADFl和ADF2是属于同一零件的2个拟合派生特征；RF1和RF2也是属于同一零件的2个实际特征；
[0051]最终，表达式被分解为变动分量分别沿着X、Y和Z轴平动及转动的变动几何约束链，如下式所示，
[0052]
【权利要求】
1.一种装配公差设计系统的实现方法，其特征在于，其过程为: 步骤a，推理装配公差类型及其对应的公差带类型； 首先从CAD系统获取产品的装配约束信息，依据装配特征类型及其装配约束关系，利用关系矩阵推理获得对应的装配公差类型，然后利用公差类型与公差带的对应关系，推理获得公差带类型； 将步骤a推理出的公差及公差带类型在CAD系统中显示出来，并将公差类型信息输出用于构建装配公差网络； 步骤b，构建装配公差网络； 从CAD系统的三维模型中提取产品的装配信息，生成其装配序列，并在此基础上基于VGC理论构造VGC网络；通过VGC和公差类型的对应关系以及从步骤a输入的公差类型信息，推理生成三类装配公差类型，然后将其添加到VGC网络构建装配公差网络； 将步骤b生成的装配序列、VGC网络以及装配公差网络在CAD系统上显示出来，同时将公差网络信息输出用于公差优化设计； 步骤C，实现公差优化设计； 以步骤b所生成的装配公差网络信息为基础，将其中的公差链作为染色体，尺寸公差等级、形位公差等级以及功能需求等作为约束条件，以最小加工成本为目标函数，通过遗传算法实现尺寸和几何公差的综合优化设计。
2.根据权利要求1所述的装配公差设计系统的实现方法，其特征在于，上述步骤a推理装配公差类型及其对应的公差带类型的过程为: 步骤al，在CAD系统中建立产品的三维装配模型； 步骤a2，将装配模型分解为零件； 步骤a3，用LTC算法从产品的三维模型中提取零件间的装配约束关系； 步骤a4，基于PST理论建立零件的装配关系矩阵； 步骤a5，用AME算法提取零件的装配特征； 步骤a6，从零件的装配关系矩阵获取信息，基于PST理论和TTRS理论建立装配特征面间的装配约束关系矩阵； 步骤a7，同时，推理装配特征面的基准参考框架； 步骤a8，通过装配约束类型推理关系矩阵，推理得到每一对装配特征面的装配约束类型； 步骤a9，利用装配公差类型推理关系矩阵，推理装配特征约束中两个装配特征面所对应的装配公差函数； 步骤alO，以产品的功能需求、装配特征面的几何位置关系和装配公差类型的选择和优化原则等为约束条件，从装配公差函数中选择满足装配特征设计要求的装配公差类型；步骤all，根据几何公差公差带的推理关系矩阵以及装配特征面的基准参考框架，推理得到装配特征面的每一个装配公差类型所对应的公差带集合函数； 步骤al2，根据装配特征面的位置变化或者它的最小几何基准要素，最终确定公差类型所对应的公差带类型； 步骤al3，将步骤a9和步骤al2的推理结果组合在一起得到装配体中每一个装配特征面需要设计的装配公差类型及其公差带类型。
3.根据权利要求1或2所述的装配公差设计系统的实现方法，其特征在于，上述步骤b装配公差网络设计实现的过程为: 步骤bl，利用LTG和AME算法，从产品的三维模型中提取装配信息； 步骤b2，根据装配结构树的生成规则构建具有层次式结构的装配结构树； 步骤b3，基于PST理论，利用产品的几何信息和装配信息建立位于装配结构树不同层上的子装配体的装配信息模型； 步骤b4，从装配信息模型和产品的三维模型中提取装配信息，以零件对为基本单元建立装配关系模型； 步骤b5，分别建立零件的定位关系模型和干涉关系模型，最终生成装配序列； 步骤b6，基于V GC理论确定配合树和基准参考框架并生成装配特征链； 步骤b7，利用SVGC、CVGC和MVGC推理矩阵对装配特征链中的VGC进行识别，构建完全约束的VGC网络； 步骤b8，利用自参考 、互参考和配合公差推理矩阵获取每一个VGC所对应的装配公差； 步骤b9，将步骤b8推理出的装配公差添加到VGC网络构造完全约束的公差网络。
4.根据权利要求1或2所述的装配公差设计系统的实现方法，其特征在于，上述步骤c公差优化设计实现的过程为: 步骤Cl，以步骤b生成的公差链信息为基础，根据加工方法、形位公差和尺寸公差的对应关系选择形位公差等级； 步骤c2,建立形位公差加工成本函数； 步骤c3，以步骤b生成的公差链信息为基础，选择基准制、尺寸公差等级及其装配特征的配合； 步骤c4，建立尺寸公差加工成本函数； 步骤c5，以装配公差网络设计模块生成的公差链信息为基础，用产品装配的功能需求作为公差链的封闭环，将其转化为二进制编码串，作为遗传算法的染色体，通过选择、交叉和变异等操作，以获得最优的或接近于最优的尺寸及几何公差值。
5.根据权利要求3所述的装配公差设计系统的实现方法，其特征在于，上述步骤b7中应用SVGC、CVGC和MVGC推理矩阵，推理出上述特征间的变动几何约束，添加到下述装配特征链的公式中，
6.根据权利要求3所述的装配公差设计系统的实现方法，其特征在于，上述步骤b8中利用公差类型推理矩阵，可以推理出同每一个变动几何约束相对应的公差类型，然后将其添加到变动几何约束链中得到装配体P的公差链，按下述公式计算:
7.根据权利要求3所述的装配公差设计系统的实现方法，其特征在于，上述步骤b9中，按下述公式进行计算，
【文档编号】G06F17/50GK103927404SQ201310756983
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】张毅, 吴伟 申请人:西京学院