2. 装配公差基础与CATIA环境准备
在进入CATIA公差与可制造性验证的实际操作之前，必须先建立一套统一的“公差语言”。装配公差不是单个零件尺寸的简单叠加，而是尺寸链、基准体系、公差原则与GD&T符号共同作用的结果。本节先梳理这些基础概念，再完成CATIA公差与可制造性工作台的界面、选项与模板配置，为后续的建模与验证打下环境基础。
一、尺寸链：装配公差的传递骨架
尺寸链是指在装配或加工过程中，由相互连接的尺寸按一定顺序首尾相接形成的封闭尺寸组。其中，最终被间接保证的尺寸称为封闭环，其余直接获得的尺寸称为组成环。按组成环对封闭环的影响方向，又分为增环（其增大使封闭环增大）和减环（其增大使封闭环减小）。
以常见的轴孔装配为例：孔深 A₁ = 20±0.1 mm，轴肩到端面长度 A₂ = 18±0.1 mm，装配后要求轴向间隙 A₀ 在 0.5～2.5 mm 之间。这里 A₀ 是封闭环，A₁ 为增环，A₂ 为减环。按极值法计算：
封闭环基本尺寸：A₀ = A₁ − A₂ = 20 − 18 = 2 mm
封闭环上偏差：ES₀ = ES₁ − EI₂ = (+0.1) − (−0.1) = +0.2 mm
封闭环下偏差：EI₀ = EI₁ − ES₂ = (−0.1) − (+0.1) = −0.2 mm
故 A₀ = 2 ± 0.2 mm，即 1.8～2.2 mm，满足 0.5～2.5 mm 的要求。若改用概率法（假设各组成环近似正态分布、取置信水平 99.73%），封闭环公差为各组成环公差的方和根：T₀ = √(0.2² + 0.2²) ≈ 0.283 mm，比极值法的 0.4 mm 更宽松。这说明：极值法保证100%互换，概率法允许极小比例超差但成本更低。在CATIA中建立尺寸链时，需要明确每个环的增/减属性，否则封闭环方向会出错。
二、基准与基准体系
基准是确定零件或装配体几何关系的参照。根据用途可分为：
- 设计基准：图纸上标注尺寸的起点，决定功能关系；
- 工艺基准：加工、测量时实际使用的基准；
- 装配基准：装配时确定零件相对位置的表面或轴线。
GD&T中的基准体系由主基准、第二基准、第三基准组成，分别约束3、2、1个自由度，共6个自由度。例如一个平板零件以底面为主基准（约束Z移动、绕X/Y转动），以侧面为第二基准（约束Y移动、绕Z转动），以端面为第三基准（约束X移动）。在CATIA中，基准通过“基准面/基准轴/基准点”特征或GD&T标注中的基准符号建立，必须与图纸标注一致，否则公差分析结果会偏离真实装配状态。
三、公差原则与GD&T基本概念
公差原则解决尺寸公差与几何公差之间的关系，常用两类：
- 独立原则：尺寸公差与几何公差各自独立，互不关联，默认用于未注公差；
- 包容要求（ⓔ）：实际要素不得超出最大实体边界，用于保证配合性质；
- 最大实体要求（ⓜ）：几何公差在最大实体状态下获得补偿值，常用于孔轴配合；
- 最小实体要求（ⓛ）：用于保证最小壁厚等场合。
GD&T的核心符号包括：平面度（⏥）、平行度（∥）、垂直度（⊥）、位置度（⌖）、同轴度（◎）、圆跳动（↗）等。其中位置度在装配公差分析中使用最频繁，因为它直接控制孔组相对于基准的位置偏差，并可通过MMC补偿放宽加工难度。
四、CATIA公差与可制造性工作台配置
启动CATIA后，依次进入开始 → 形状 → 公差与可制造性验证（Tolerance & Manufacturability Validation）。首次使用需完成三项配置：
- 界面配置：在“工具 → 选项 → 公差与可制造性验证”中，勾选“显示公差分析树”“显示基准坐标系”“显示尺寸链图”。建议将公差分析树固定在左侧，便于随时查看每个环的属性。
- 选项配置：在“计算”选项卡中，选择分析方法为“极值法”或“统计法（RSS）”；设置默认置信水平为99.73%；勾选“自动识别增环/减环”。在“单位”选项卡中确认长度单位为mm、角度为deg。
- 模板配置：新建一个公差分析模板，命名为“Assembly_Tol_Default”，预设：封闭环公差带类型为“对称”、组成环默认分布为“正态”、基准体系为“主/第二/第三”。保存为 .CATPart 模板文件，后续新建分析时直接调用。
配置完成后，可通过一个简单测试验证环境是否正常：新建一个装配体，插入两个带孔零件，建立同轴约束，然后启动“尺寸链分析”，观察是否能自动生成封闭环并给出公差范围。若分析树中显示“未识别基准”，则需回到零件中检查基准面是否已正确标注。