基于公差约束的CAPP的关键技术研究

论文摘要

本文在国家自然科学基金“面向产品几何技术规范的集成公差设计理论和方法”(50275136)，和浙江省自然科学基金“面向CAPP的工序公差设计研究”(502016)研究的基础上，研究了CAPP中定位基准设计、工艺设计和工序公差设计及优化等关键技术，开发了基于公差约束的CAPP的原型系统，并采用实例验证了其正确性和有效性。本论文的主要研究内容如下：第一章：在对定位设计、CAPP以及计算机辅助公差设计(CAT)的国内外研究现状综述的基础上，介绍了论文的研究的主要内容、结构安排及创新之处。第二章：分析了定位基准设计、工艺设计以及公差设计的基本理论和方法，着重阐述了产品几何技术规范的体系结构、基本原理以及功能；引入了ISO／TC 213最新定义的特征类型，基于群论研究了特征分类，为下一章的自动定位设计研究奠定了坚实的基础。第三章：基于变动几何约束理论，研究了特征几何约束的定位基准设计规则；基于公差约束对几何定位基准集进行定位基准优化设计研究，分析了公差约束类型，定义了相对公差影响因子，并提出相对公差影响因子建模方法，采用图论方法将零件表示成特征与相对公差影响因子有向图，在些基础上研究基于公差约束的定位基准优化设计规则。第四章：分析影响加工方法选择的主要因素，构建尺寸公差、表面粗糙度、形位公差、材料等因素与加工方法的模糊隶属模型，研究了特征终加工工序加工方法的模糊推理决策；构建并搜索特征加工方法链库，得到特征在整个加工过程中所有可行的加工方法链；分析了机床选择必须遵循的原则，构建了工序能力指数、最大加工尺寸与机床型号的模糊隶属模型，研究了机床型号的模糊推理决策；对国内某一企业的不同加工方法的成本与公差关系进行研究，构建了不同加工方法的成本—公差模型。第五章：采用分层方法进行零件工艺路线设计，研究特征加工过程中的定位顺序设计，提出定位顺序设计的基本规则，研究基于定位基准的特征加工顺序设计，构建基于定位基准的特征加工顺序设计算法，结合第四章中特征加工方法链实现零件工艺路线设计；研究了面向制造环境的集成式CAPP设计的体系结构和系统模型，构建面向制造环境的集成式CAPP优化设计模型；开展了基于参数化工序树的工序公差设计的研究，构建了工序公差设计模型，分析了约束条件；构建了不同加工方法的工序公差优化设计模型，采用GA算法进行工序公差优化设计。第六章：基于以上各章的理论和方法开发了基于公差约束的CAPP原型系统，给出了原型系统总体框图及系统构成，并结合实例进行验证，完成了零件定位基准设计、工艺规程设计及优化以及T序公差设计及优化的过程。第七章：给出了全文的总结；并对进一步开展研究进行探讨和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 定位设计综述
• 1.2.1 多重约束优化定位设计
• 1.2.2.装夹驱动定位设计
• 1.2.3 基于公差分析的定位设计研究
• 1.3 计算机辅助工艺设计概述
• 1.3.1 派生式CAPP
• 1.3.2 创成式CAPP
• 1.3.3 其他一些新的CAPP
• 1.3.4 CAPP存在的问题
• 1.4 计算机辅助工序公差设计理论研究综述
• 1.4.1 工序公差分析技术
• 1.4.2 工序公差综合技术
• 1.5 本论文的研究内容和总体框架
• 1.5.1 本文的研究内容
• 1.5.2 本论文的创新点
• 1.5.3 本文的总体框架
• 1.6 本章小结
• 第二章 基于公差约束的CAPP的基本理论与方法
• 2.1 引言
• 2.2 定位基准设计的基本理论和方法
• 2.2.1 定位基准设计的基本理论
• 2.2.2 定位基准设计的基本原则和方法
• 2.3 工艺设计的基本理论和方法
• 2.3.1 工艺设计基本概念
• 2.3.2 工艺设计的基本准则
• 2.3.3 CAPP的基本功能
• 2.4 公差设计基本理论和方法
• 2.4.1 漂移公差带理论
• 2.4.2 各类公差类型之间的约束关系
• 2.5 GPS相关理论及体系结构
• 2.5.1 GPS相关理论
• 2.5.2 新一代GPS标准体系的理论基础及体系结构
• 2.6 基于GPS的特征功能及其分类
• 2.6.1 CAD零件设计模型的特征表达
• 2.6.2 基于产品几何技术规范的特征扩展
• 2.6.3 基于GPS的特征分类
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于公差约束的定位基准设计研究
• 3.1 引言
• 3.2 特征几何约束的定位基准规则设计研究
• 3.2.1 几何约束定义和分类
• 3.2.2 特征定位几何约束自由度
• 3.2.3 特征加工方向划分
• 3.2.4 基于MGDE的零件主特征分类
• 3.2.5 几何约束定位规则
• 3.2.6 实例分析
• 3.3 基于公差的定位基准设计
• 3.3.1 与定位有关的公差分类
• 3.3.2 相对公差影响因子建模
• 3.3.3 CAD产品设计模型的有向图构建
• 3.4 本章小结
• 第四章 CAPP中加工方法、机床模糊决策及成本研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于模糊集理论的加工方法优化设计
• 4.2.1 模糊逻辑的基本知识
• 4.2.2 加工方法的主要影响因素分析
• 4.2.3 基于模糊集理论的加工方法设计
• 4.2.4 加工方法的模糊决策过程
• 4.3 面向对象的特征加工方法链生成
• 4.3.1 特征加工方法链构成
• 4.3.2 面向对象的特征加工方法链建模
• 4.3.3 面向对象的特征加工方法链决策
• 4.4 基于模糊集理论的机床选择
• 4.4.1 机床选择原则
• 4.4.2 机床选择的模糊映射模型
• 4.4.3 机床型号选择的模糊决策
• 4.4.4 机床选择的实例分析
• 4.5 基于加工方法的成本-公差模型研究
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于公差约束的CAPP优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 基于定位顺序的工艺路线设计
• 5.2.1 定位顺序设计
• 5.2.2 定位顺序设计实例分析
• 5.2.3 基于定位基准的特征加工顺序设计
• 5.3 面向制造环境的集成式工艺设计
• 5.3.1 面向制造环境的集成式工艺设计体系结构
• 5.3.2 面向制造环境的集成式工艺设计优化
• 5.3.3 面向制造环境的集成式工艺设计实例分析
• 5.3.4 基于集成式工艺设计的机床优选
• 5.4 基于工序树的工序公差设计
• 5.4.1 工序树的构建
• 5.4.2 基于工序树的工序公差模型
• 5.4.3 工序公差设计约束条件
• 5.5 基于加工方法的工序公差优化设计
• 5.5.1 基于加工方法的工序成本—公差模型
• 5.5.2 工序公差优化设计模型
• 5.5.3 基于遗传算法工序公差优化
• 5.6 本章小结
• 第六章 基于公差约束的CAPP的原型系统研究
• 6.1 引言
• 6.2 二次开发工具—Visual C++6.0
• 6.3 原型系统软件开发
• 6.3.1 原型系统总体框架
• 6.3.2 原型系统构成
• 6.4 实例分析
• 6.4.1 实例分析之一
• 6.4.2 实例分析之二
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论和展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 未来展望
• 参考文献
• 作者攻读博士学位期间发表的学术论文
• 攻读博士学位期间参加的科研项目
• 致谢