CN103310058A - 基于三维模型的尺寸链校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维模型的尺寸链校核方法，用于解决现有尺寸链校核方法效率低的技术问题。技术方案是利用三维模型的空间本质建立起基于固定基准的矢量尺寸体系。通过对三维尺寸进行矢量标注，使得需要在三维环境下校核的尺寸具有矢量特性，进而根据矢量和为零原则实现三维环境下尺寸链的自动校核，并通过提供增、减环自动判断，公差修改实时更新，尺寸链校核记录查询，校核记录报表生成，工序间尺寸链可视化展示等功能模块，达到方便、快捷、精确地解决尺寸链分析计算问题的目的。提高了尺寸链校核的效率，对产品工艺的快速生成与优化起到了促进作用。本方法可跨平台完成，可以通过在不同的建模软件中简历矢量标注系统来进行尺寸链校核。

Description

基于三维模型的尺寸链校核方法

技术领域

本发明涉及一种尺寸链校核方法，特别涉及一种基于三维模型的尺寸链校核方法。

背景技术

在机械产品的设计、制造与装配中，为了表征产品的尺寸信息,需要标注众多的尺寸，尺寸集合彼此按照一定的规律相互关联构成尺寸链。无论是在机械产品的设计、制造，还是性能和质量参数的分析中，尺寸链理论都有着广泛的应用。其中尺寸链的校核是工艺设计阶段进行公差分析的重要手段，其校核方法的优劣直接决定了工艺设计的质量。对于多环复杂尺寸链，手工计算较为麻烦且容易出错。人们研究它的目的就是为了要保证装配精度的要求，也就是通过研究零件精度和装配精度的关系，使机械结构的设计和制造两个过程相互协调、优化，从而保证产品质量。

自1978年丹麦的Bjorke教授在专著《Computer Aided Tolerancing》提出计算机辅助公差设计这一概念以来，国内外研究人员已提出了多种尺寸链分析算法并开发各种原型系统。国外的尺寸链计算系统着重于利用计算机设计算法，用户在设计的公差系统中输入零件的尺寸信息后，可以实现尺寸链的搜索和生成，并进行公差分析。具有代表性的系统有Dassault Systems的CATIA.3D FDTTM、Texas公司的Tl/TOL 3D+TM、VSA公司的VSA一GDT和VSA一3D，德国HEXAGON的TOL等。这些系统实现了尺寸链的生成和公差的分析，达到了方便、快捷、精确地解决尺寸链分析计算问题的目的，帮助工程技术人员从繁杂而枯燥的计算工作中解脱出来。但是，这些尺寸链分析系统都独立于CAD系统，不能从CAD系统中提取信息，其思路都是手工生成尺寸信息数据库然后利用计算机的计算功能生成尺寸链。

华中理工大学的CAD中心对基于特征的装配尺寸链自动生成进行了研究，通过一个二维整数数组来形成零件邻接矩阵来表示装配体中各零件之间的装配关系，在分析零件邻接矩阵后得到装配信息，从而形成装配信息数据库。清华大学机械设计研究室开发的公差系统使用“零件配合关系图”和“零件配合关系矢量矩阵”来自动获取装配体配合零件链。这些研究虽然对尺寸链分析起着促进作用，但是国内尺寸链校核系统主要集中在装配尺寸链分析环节，针对工序尺寸的尺寸链分析很少。

传统的尺寸链分析包含的主要过程是：根据装配图建立尺寸链图，建立尺寸链方程并对其进行求解与分析。对于复杂的产品，如枪械类产品，由于机构运动关系复杂，零部件数目繁多,尺寸链的数量和每个尺寸链中包含的组成环都极多，若由人工来建立尺寸链图、尺寸链方程并求解，整个过程将极其复杂，费时多，且易出错。有人采用计算机辅助求解尺寸链，但仍然不能其解决效率低、错误多的问题。以往工艺编制大多采用二维和三维结合、产品制造信息和三维工序模型分离的方式。这种模式有明显的不足：三维模型与二维模型之间的数据转换需要不同软件平台支撑，增加了企业成本，工艺员的不增值劳动太多，巨大的精力与财力消耗在与工艺设计无关的环节上，许多本应由计算机完成的重复性工作无法自动化完成。近些年随着MBD概念的提出和应用，在三维模型上直接表达制造信息已经被国内制造业所普遍接受，在工艺编制过程中也越来越注重产品制造信息的三维传递。但是在工艺尺寸链的校核过程中，仍然需要先将在三维环境下标注的尺寸链经工艺人员二维转化为平面尺寸链后，然后进行尺寸链的校核和加工余量的分配，这使得工艺校核人员仍然依赖二维图纸进行公差分析与校核，增加了不必要的劳动量，成为了工艺设计阶段的效率瓶颈。因此，直接在三维环境下进行工艺尺寸链的校核，已经成为很多制造业部门，尤其是航空航天制造业的迫切需求。

综上所述，当前的尺寸链计算系统主要面向产品设计与装配过程，很少涉及到工艺设计中的公差优化与分析。同时，工艺设计模式的改变，MBD技术的广泛应用，都使得基于二维重绘过程的尺寸链校核成为工艺设计阶段的效率瓶颈。因此，为了满足产品制造过程的协同要求，提高产品质量，优化工艺设计过程，必须研究基于MBD技术的尺寸链校核方法。

发明内容

为了克服现有尺寸链校核方法效率低的不足，本发明提供一种基于三维模型的尺寸链校核方法。该方法利用三维模型的空间本质建立起基于固定基准的矢量尺寸体系。通过对三维尺寸进行矢量标注，使得需要在三维环境下校核的尺寸具有矢量特性，进而根据矢量和为零原则实现三维环境下尺寸链的自动校核，并通过提供增、减环自动判断，公差修改实时更新，尺寸链校核记录查询，校核记录报表生成，工序间尺寸链可视化展示等功能模块，达到方便、快捷、精确地解决尺寸链分析计算问题的目的。可以提高尺寸链校核的效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于三维模型的尺寸链校核方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、对于不同机加工序模型的标注尺寸，选取同一基准坐标系，相邻工序的工序模型间的标注尺寸组成封闭的尺寸环，利用UG的WAVE功能，建立假想面以进行加工余量尺寸的标注；

步骤二、在步骤一选取的基准坐标系中，利用三维模型的矢量方向性和大小，选取标注尺寸的起始点和终止点作为尺寸的两个依附点，用UG的矢量生成功能生成矢量轴，赋予三维标注尺寸矢量信息，将矢量对三个坐标系进行投影，并把矢量信息存储于CAD模型的属性列表中，生成矢量的属性列表；

步骤三、对于步骤二建立的矢量尺寸，通过对传统的尺寸链校核规则进行分析与扩展，得矢量和为零原则。在尺寸链校核阶段，对向基准坐标系XYZ轴上投影的三维矢量尺寸，在各坐标轴上分别进行矢量和的叠加运算，如果其结果全部为零，则判断其为可疑尺寸链；

步骤四、对于步骤三得到的可疑尺寸链，结合尺寸的上下偏差，通过尺寸链的校核规则，进一步判断出符合规则的尺寸链。对于不符合尺寸链校核规则的尺寸，设置补偿环，对其上下偏差进行调整，使其符合尺寸链的校核规则。

本发明的有益效果是：由于该方法利用三维模型的空间本质建立起基于固定基准的矢量尺寸体系。通过对三维尺寸进行矢量标注，使得需要在三维环境下校核的尺寸具有矢量特性，进而根据矢量和为零原则实现三维环境下尺寸链的自动校核，并通过提供增、减环自动判断，公差修改实时更新，尺寸链校核记录查询，校核记录报表生成，工序间尺寸链可视化展示等功能模块，达到方便、快捷、精确地解决尺寸链分析计算问题的目的。提高了尺寸链校核的效率，对产品工艺的快速生成与优化起到了促进作用。本方法的具体实现可跨平台完成，可以通过在不同的建模软件中简历矢量标注系统来进行尺寸链校核。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明基于三维模型的尺寸链校核方法用三维MBD尺寸链校核系统的构架。

具体实施方式

参照图1详细说明本发明。

本实例中是对某型号轴的尺寸链校核，模型中省略了与研究无关的细节特征，其尺寸链由四对尺寸构成。

首先选择需要矢量标注的尺寸，并选择起始点和终止点，进行矢量标注。然后选择尺寸链中的封闭环，选中“校核设计尺寸”并点击“校核”就能对尺寸进行校核。对于不符合尺寸链规则的尺寸还能设置补偿环，调整上公差或者下公差使其符合尺寸链规则。选择指定的工艺文件夹，还可以生成尺寸链可视化图表，显示校核结果。

综上所述的全工艺三维尺寸链校核包括以下几个步骤：

步骤1：三维基准和假想面的建立。对于不同机加工序模型的标注尺寸，需选取同一基准坐标系，使其基准统一以保证各工序模型间三维尺寸的矢量信息在同一基准中建立。相邻工序的工序模型间的标注尺寸需要组成封闭的尺寸环，由于表征加工余量的尺寸无法在模型上进行标注，所以利用UG的WAVE功能，建立假想面以进行加工余量尺寸的标注，使尺寸链图表更好的表征产品的加工过程；

步骤2：三维尺寸矢量标注。三维尺寸矢量标注是全三维环境下尺寸链校核的前提，在进行校核之前必须对三维尺寸赋予矢量性质。在步骤1选取的基准坐标系中，利用三维模型的矢量本质即方向性和大小，选取标注尺寸的起始点和终止点作为尺寸的两个依附点，用UG的矢量生成功能生成矢量轴，赋予三维标注尺寸矢量信息，为了不影响对原模型的观察，隐藏矢量轴，将矢量对三个坐标系进行投影，并把矢量信息存储于CAD模型的属性列表中，生成矢量的属性列表；

步骤3：三维尺寸链校核。对于步骤2建立的矢量尺寸，通过对传统的尺寸链校核规则进行分析与扩展，得到基于矢量尺寸的尺寸链校核规则，即矢量和为零原则。在尺寸链校核阶段，通过进行同基准的矢量和运算，达到尺寸链校核的效果。对向基准坐标系XYZ轴上投影的三维矢量尺寸，在各坐标轴上分别进行矢量和的叠加运算，如果其结果全部为零，则判断其为可疑尺寸链；

步骤4：对于步骤3得到的可疑尺寸链，结合尺寸的上下偏差，通过尺寸链的校核规则，进一步判断出符合规则的尺寸链。对于不符合尺寸链校核规则的尺寸，还可以设置补偿环，对其上下偏差进行调整，使其符合尺寸链的校核规则。

Claims (1)

1.一种基于三维模型的尺寸链校核方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、对于不同机加工序模型的标注尺寸，选取同一基准坐标系，相邻工序的工序模型间的标注尺寸组成封闭的尺寸环，利用UG的WAVE功能，建立假想面以进行加工余量尺寸的标注；

步骤二、在步骤一选取的基准坐标系中，利用三维模型的矢量方向性和大小，选取标注尺寸的起始点和终止点作为尺寸的两个依附点，用UG的矢量生成功能生成矢量轴，赋予三维标注尺寸矢量信息，将矢量对三个坐标系进行投影，并把矢量信息存储于CAD模型的属性列表中，生成矢量的属性列表；

步骤三、对于步骤二建立的矢量尺寸，通过对传统的尺寸链校核规则进行分析与扩展，得矢量和为零原则。在尺寸链校核阶段，对向基准坐标系XYZ轴上投影的三维矢量尺寸，在各坐标轴上分别进行矢量和的叠加运算，如果其结果全部为零，则判断其为可疑尺寸链；

步骤四、对于步骤三得到的可疑尺寸链，结合尺寸的上下偏差，通过尺寸链的校核规则，进一步判断出符合规则的尺寸链。对于不符合尺寸链校核规则的尺寸，设置补偿环，对其上下偏差进行调整，使其符合尺寸链的校核规则。