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公差建模与规范设计是实现新一代产品几何技术规范与认证(GPS)的前提。目前,公差规范设计与认证过程标准不统一,导致产品在评价过程中存在分歧。本文在分析公差建模理论、公差规范设计及新一代 GPS标准体系的基础上,研究了定位公差建模及规范设计方法,以保证公差规范设计与认证过程标准的统一。全文的主要工作如下: (1)研究公差建模及规范设计方法。综述了新一代 GPS标准体系,分析了计算机辅助公差设计,研究了公差建模理论及公差规范设计过程。 (2)建立定位公差的小位移旋量(SDT)数学模型。依据 SDT公差建模理论、定位公差定义及公差原则,建立了基于公差原则的同轴度、对称度及位置度公差数学模型。 (3)生成公差规范模型。根据规范表面模型的概念、零件的功能要求,考虑加工过程中的影响因素,给出生成规范模型的方法。着重研究了同轴度、对称度、位置度公差的规范模型的生成方法。分析了阶梯轴、键槽及底板孔等具体零件的加工方法,建立误差模型。依据此模型模拟生成零件表面的模拟点,通过对模拟点进行操作得到公差规范模型。 (4)实现公差规范操作算子。生成规范模型之后,根据几何要素的特点,分别设计了相应的操作算子,定位公差规范操作算子主要包括:分离、提取、拟合、集成、构造、评估。通过具体实例分析了规范设计过程,经编程实现其规范过程,并用三坐标测量机(CMM)对零件进行定位公差测量,通过对比分析,验证其公差规范模型的正确性。 (5)开发原型系统。基于 MATLAB7.6,设计研究了定位公差规范设计原型系统。达到同轴度、对称度、位置度公差规范设计的目的。通过对比模块,把经验设计值、规范设计值及三坐标测量值进行对比分析,验证了此原型系统的可行性,为产品的规范设计与认证过程提供理论实现方法。