一种复杂装配体装配公差规范及其公差带类型推理方法专利名称：一种复杂装配体装配公差规范及其公差带类型推理方法技术领域：本发明属于计算机辅助公差设计(CAT)领域，具体涉及一种基于多色集合理论的 复杂装配体装配公差规范及其公差带类型的推理方法背景技术：大多数产品的设计和制造难免涉及到零件或者组件的装配问题装配公差不仅 直接决定着产品的可装配性和装配质量，而且还极大地影响着产品的制造成本和使用寿 命因此，在新产品的开发阶段，设计合理的装配公差规范就显得非常重要目前，三维计 算机辅助设计技术已在产品生命周期的设计阶段得到了广泛的应用在大多数CAD造型 系统中，它们的核心是实体造型器，设计者可以基于理想尺寸人机互动地建立起产品的三 维装配模型这些系统能够快速、准确地表达零件的几何信息，并提供一些尺寸公差信息 但是，在这些几何数据和所传递的公差信息之间，并不存在有效的联系，同时，所提供的公 差信息也未包含对应的工程语意一些CAT系统致力于公差规范的设计例如，CATIA、 3DFDT 系统在产品的装配模型及它的TTRS树建立起来之后，就能够自动提供公差类型，但 是它只能提供部分几何公差类型；在CE/T0L 6 Sigma系统中，只能手工获得公差规范；而 在eM-TolMate系统中亦必须通过手工获得公差规范。
因此，CAD/CAT系统迫切地需要一种 公差信息的处理模块，它能够完整地描述产品的三维装配公差信息，帮助工程技术人员综 合分析和设计尺寸公差和几何公差如何实现装配公差规范的自动化设计是CAD/CAT系统 能否实现有效集成所必须解决的关键问题之一发明内容本发明主要解决复杂装配体装配公差规范及其公差带类型的设计问题，目的是为 计算机辅助公差设计(CAT)提供一种有效地解决方法这种方法满足“Top-down”设计技 术的需求，符合设计者在复杂产品公差设计过程中的逻辑思维习惯，具有比较强的适用性 这种方法基于多色集合理论建立统一的数学模型，实现了装配公差规范及其对应的公差带 类型的推理由于多色集合的推理关系矩阵易于编程，因此这种方法容易在计算机上实现， 便于同CAD系统集成这种技术方法使得装配公差规范的设计朝着具体的装配几何特征方 向前进了一步，为装配公差规范的实用化设计做出了一定的努力本发明为在CAT系统中 自动推理装配公差规范和装配公差带类型提供了一种新方法一种复杂装配体装配公差规范及其公差带类型推理方法，其步骤如下(1)构建三维产品装配模型根据产品的功能需求，基于理想尺寸设计产品的三维 装配模型。
2)拆分装配模型根据产品的结构，将装配模型连续分解成部件和零件，直至分 解到最小的组成单元零件3)建立零件间的装配关系矩阵复杂零件包含大量的零件，为了清晰地描述零件 之间的装配关系，在自动提取装配约束关系的前提下，首先从产品的三维模型中提取出装配约束关系，建立零件间的装配约束关系图然后，基于装配约束关系，建立装配关系矩阵4)提取装配特征面，建立约束关系矩阵根据步骤3获得的某一零件的装配约束 关系，可将该零件和同它具有装配约束关系的其他零件继续进行分解以获得各自的装配特 征面在此基础上，建立装配特征面的约束关系矩阵5)推理装配约束类型根据两装配特征面的几何特征，推理出它们之间的装配约 束类型6)推理装配公差类型根据两装配特征面之间的装配约束类型以及装配公差类 型的推理关系矩阵，推理得到装配特征面对应的装配公差函数根据产品的功能需求和两 装配特征面在三维空间中的几何位置关系，进行装配公差类型的选择和优化，以确定属于 两装配特征面的一组装配公差7)推理装配特征面的基准参考框架分析装配特征面的几何特征，确定它同基本 装配特征面的对应关系，推理得到所对应的基准参考框架8)推理公差带几何函数，确定公差带类型。
根据步骤6获得的装配特征面的装配 公差类型，利用几何公差公差带推理关系矩阵，推理获得对应于每一类装配公差类型的公 差带集合函数，然后基于装配特征面的位置变化特征或者它的最小几何基准要素MGDEs，确 定对应于装配特征面的几何公差的公差带类型本发明采用多色集合的推理关系矩阵描述整个推理过程，易于编程并能在计算机 中快速实现本发明建立在具体的装配特征面之间的联系和约束的基础上，可实现装配公 差的实用化设计它满足Top-down设计技术的需求，符合设计者的逻辑思维习惯，有着非 常强的适用性图1为本发明的三维装配公差规范和公差带的拓展层次式表示模型图图2为本发明零件间的装配关系矩阵图3为本发明的装配特征面的约束关系矩阵图4为本发明的装配约束类型推理关系矩阵；图5为本发明的装配约束类型图6为本发明的装配公差类型推理关系矩阵图7为本发明的装配特征面的基准参考框架图8为本发明的几何公差公差带类型推理关系矩阵图9为齿轮减速器局部视图图10为装配体拆分图图11为减速器装配约束关系图图12为齿轮减速器装配关系矩阵图13为零件的装配特征面图14为同零件Pltl相关的装配特征面图15为零件Pltl的装配特征面的装配约束关系矩阵图16为推理装配特征面的基准参考框架图17为装配特征面的基准参考框架图18为推理公差带集合函数图19为装配特征面的装配公差类型和公差带类型具体实施例方式结合图1 8和发明人依据本发明技术方法给出的实施例，对本发明作进一步的 详细描述。
下面，以某一齿轮减速器为例来说明整个推理过程为了降低问题的复杂程度，只 将齿轮减速器两个传动轴间的传动结构作为研究对象，同时不考虑减速器端盖、轴键、毛毡 密封圈的装配以及它们的装配公差的推理滚动轴承是标准件，因此不需要考虑轴承本身 内部装配公差的推理但是，滚动轴承对构建零件间的各种推理关系矩阵是不可缺少的，因 此，须将轴承作为一个整体来进行研究步骤1 构建产品装配模型根据产品的功能需求，基于理想尺寸设计产品的装配 模型齿轮减速器的局部视图如图9所示步骤2 拆分装配模型根据产品的结构，将装配模型连续分解成部件和零件，直 至分解到最小的组成单元零件分解减速器的传动结构如图10所示其中，Ptll表示轴承 端盖；Ptl2，垫片；Pc ，滚动轴承；Ptl4，挡油密封环；Ptl5，中间传动轴齿轮；Ptl6，挡油密封环；POT， 滚动轴承；Pc ，轴承盖Λ9，箱体；Pltl,中间传动轴；P11,低速轴；P12，轴承盖；P13，垫片；P14,滚 动轴承；P15，挡油密封环；P16，低速轴齿轮；P17，挡油密封环；P18，滚动轴承；P19，轴承盖；P19， 轴套步骤3 建立零件间的装配关系矩阵复杂零件包含大量的零件，为了清晰地描述 零件之间的装配关系，在自动提取装配约束关系的前提下，首先从产品的三维模型中提取 出装配约束关系，建立零件间的装配约束关系图。
然后，基于装配约束关系，建立装配关系 矩阵齿轮减速器的装配约束关系图如图11所示，装配关系矩阵如图12所示所有零件 的装配约束关系都可以在矩阵中获得例如，可以推理获得零件P9、P10的约束关系如下所 示P0hP 07, 7^08, Pn, Pl3, Px^P\9 [( 1 )Eacr(Pw) = {PP04, P05, P06, P0、P Q(2)步骤4 提取装配特征面，建立约束关系矩阵根据步骤3获得的某一零件的装配 约束关系，可将该零件和同它具有装配约束关系的其他零件继续进行分解以获得各自的装 配特征面在此基础上，建立装配特征面的约束关系矩阵下面，以零件Pltl为例来说明如 何构建装配特征面的约束关系矩阵如公式2所示，零件Pltl分别同零件Ptl3，Ptl4，Ptl5，Ptl6，Ptl7 和P16有装配约束关系提取它们的装配特征面如图13所示其中，Fi(Pj)表示零件Pi的第 j个装配特征面上述零件的装配特征面可用下列公式表示P03 = Ji7liP03), F2iPm), F3iPm), F4iPm) j,权利要求一种复杂装配体装配公差规范及其公差带类型推理方法，其特征在于步骤如下(1)构建产品的三维装配模型；(2)拆分装配模型；(3)建立零件间的装配关系矩阵；(4)提取装配特征面，建立装配特征面之间的约束关系矩阵；(5)推理装配约束类型；(6)推理装配公差类型；(7)推理装配特征面的基准参考框架；(8)推理公差带集合函数，确定公差带类型。
2.如权力要求1所述的推理方法，其特征在于基于产品的装配信息，利用多色集合的 布尔矩阵构建产品零件之间的装配关系矩阵3.如权力1所述的推理方法，其特征在于分解零件，从中提取出同其他零件具有装配 约束关系的特征面，即装配特征面利用多色集合的布尔矩阵建立装配特征面之间的约束 关系矩阵4.如权力1所述的推理方法，其特征在于依据TTRS理论，利用多色集合的布尔矩阵 建立装配约束类型的推理关系矩阵5.如权力1所述的推理方法，其特征在于根据产品装配领域里的专业知识以及ASME Y14、5M-2009技术规范，建立装配公差类型的推理关系矩阵6.如权力1所述的推理方法，其特征在于根据几何公差带的定义以及其与几何公差 类型的对应关系，利用多色集合的布尔矩阵建立几何公差公差带类型的推理关系矩阵7.一种复杂装配体装配公差规范及其公差带类型的推理方法，其步骤如下(1)构建三维产品装配模型根据产品的功能需求，基于理想尺寸设计产品的三维装 配模型；(2)拆分装配模型根据产品的结构，将装配模型连续分解成部件和零件，直至分解到 最小的组成单元；所述最小的组成单元零件3)建立零件间的装配关系矩阵复杂零件包含大量的零件，为了清晰地描述零件之 间的装配关系，在自动提取装配约束关系的前提下，首先从产品的三维模型中提取出装配 约束关系，建立零件间的装配约束关系图；然后，基于装配约束关系，建立装配关系矩阵；(4)提取装配特征面，建立约束关系矩阵根据步骤(3)获得的某一零件的装配约束关 系，可将该零件和同它具有装配约束关系的其他零件继续进行分解以获得各自的装配特征 面；在此基础上，建立装配特征面的约束关系矩阵；(5)推理装配约束类型根据两装配特征面的几何特征，推理出它们之间的装配约束 类型；(6)推理装配公差类型根据两装配特征面之间的装配约束类型以及装配公差类型的 推理关系矩阵，推理得到装配特征面对应的装配公差函数；根据产品的功能需求和两装配 特征面在三维空间中的几何位置关系，进行装配公差类型的选择和优化，以确定属于两装 配特征面的一组装配公差；(7)推理装配特征面的基准参考框架分析装配特征面的几何特征，确定它同基本装 配特征面的对应关系，推理得到所对应的基准参考框架；(8)推理公差带几何函数，确定公差带类型根据步骤(6)获得的装配特征面的装配公 差类型，利用几何公差公差带推理关系矩阵，推理获得对应于每一类装配公差类型的公差 带集合函数，然后基于装配特征面的位置变化特征或者它的最小几何基准要素MGDEs，确定 对应于装配特征面的几何公差的公差带类型。
全文摘要本发明公开了一种复杂装配体装配公差规范及其公差带类型推理方法该方法的步骤如下(1)构建产品的三维装配模型；(2)拆分装配模型；(3)建立零件间的装配关系矩阵；(4)提取装配特征面，建立装配特征面之间的约束关系矩阵；(5)推理装配约束类型；(6)推理装配公差类型；(7)推理装配特征面的基准参考框架；(8)推理公差带集合函数，确定公差带类型本发明采用多色集合的推理关系矩阵描述整个推理过程，易于编程并能在计算机中快速实现本发明建立在具体的装配特征面之间的联系和约束的基础上，可实现装配公差的实用化设计它满足Top-down设计技术的需求，符合设计者的逻辑思维习惯，有着非常强的适用性。