- 选题的背景和意义
在传统的产品公差设计中，公差主要依靠设计人员依据经验或者查询机械设计手册等方法给定，利用这些方法确定的公差值一般都存在数值大小不准确、难以在满足产品精度要求的同时保证较低的制造成本等难题。而随着信息技术的快速发展，采用计算机辅助公差设计[1](Computer-Aided Tolerancing,简称CAT)研究成为了发展趋势。
目前，随着国家整体制造行业水准的不断提高，我国在自动武器的零部件加工与制造行业的水平也获得了很大的提升。但是在运用计算机进行辅助三维公差设计等相关研究方面，国外许多的发达国家在军工制造的很多领域已经实现了智能化与集成化的设计和生产，而我国由于在公差基础理论方面缺乏研究加上对于计算机辅助公差设计研究的不甚重视使得我国现在还没能完全建立起同现代化的设计生产模式相适合的信息化集成系统。
本课题主要针对某特种机械产品的典型机构和关键零部件，采用三维建模软件建立公差模型、进行装配精度仿真分析，并对关键零部件的尺寸公差和几何公差进行设计。
2 计算机辅助公差设计研究领域
英国剑桥大学的Hillyard R.C[2]博士于1978年第一次提出在公差设计中运用计算机技术来辅助公差设计，通过运用计算机技术来辅助提取零件的几何形状与公差信息,并通过数学方程来描述零件的几何形状，从而进行尺寸与公差分析。在这同一年里，丹麦的Bjorke[3]教授发表了专著Computer Aided Tolerancing，在专著中Bjorke教授不仅提出了使用计算机技术来进行公差分析的方法，还开发出了一种用于尺寸链计算的程序。此后，在二人研究的基础上，众多专家学者涌入并在这一领域开展了大量的研究。
根据吴春侗[4]论文得知计算机辅助公差的研究领域可以归纳为：公差信息建模（包括公差数学模型和公差表示模型）、公差分析、公差综合。
公差信息的建模是指在计算机中对某一实体模型或特征模型进行准确无误的公差表述,并对其语义作出正确合理的解释。通过建模,公差信息能够在产品的整个生命周期被使用,其相应的操作也能顺利进行,这就为CAD/CAM的集成提供了更好的基础。
公差信息的建模首先要有一个数学模型，其次是表示模型[5-6]。其中数学模型是指对公差信息语义的数学描述与解释，它包括两个部分：公差域边界的描述和满 足公差要求的变动要素的描述，即按工程语义来解释公差信息；表示模型是指公 差信息在计算机中的表述，以一种数据结构的形式存在。公差表示模型首先需要一个正确合理的数学模型，并针对该数学模型建立相应的计算机表达方式即表示模型。
目前主要有5种数学模型[7]：漂移模型、基于几何约束变动的参数矢量化数学模型、基于公差函数与矢量方程的数学模型、基于漂移和自由度的数学模型、基于数学定义和自由度变动的数学模型。该5种公差数学模型,基本上是按时间的先后顺序排列,是不断发展的。从现在的发展趋势看,基于数学定义,再结合运用其它方法来研究公差的数学模型,应该有较大的优势,值得深入研究。
表示模型按其与实体造型系统的关系,可分为依赖于实体模型的与独立于实体模型内的表示模型。 前者可进一步分为基于CSG[8]、基于B-Rep[9]及基于CSG/B-Rep混合模型[10-11]等几种; 后者可进一步分为基于TTRS[12]、基于公差元[13-14]及基于特征[15]等几种。
