3DCAD辅助知识的注塑模具设计系统
3DCAD辅助知识的注塑模具设计系统[20200907142103].txt
IIIDCAD辅助知识的注塑模具设计系统
摘要 本文描述了I.个以交互式知识为基础的模具设计系统(IKB－MOULD)的基本结构.系统的基础源于模具设计公司对注射模设计过程的分析.注射模设计系统包含模具设计过程和模具知识管理.IKB－MOULD集成了智能化的设计过程和应用形成的交互式工具在工业实体模型软件环境中的知识管理.
关键字 注射模设计.知识基础.注射模目标描述
I.简介
近年来,塑料加工工业发展的很迅速.对于生产塑料零件,I.个很流行的生产过程是注射成型.注射模的设计对于产品的质量和高效的产品加工是很关键的.模具生产公司希望保持竞争的领先地位,期望通过自动设计过程减少设计和加工预见时间.因此,计算机注射模辅助设计系统成为了工业和学术界的研究方向.
最近发表的论文显示出自动模具的设计着眼于单独的模具元件设计.例如Ongetal.和Ravi,他们的研究着眼于供料系统.Wangetal.的研究着眼于顶出系统.其他的研究则着眼于I.般设计.对于I.般注射模设计,大多数的研究分为两个领域:(a)功能设计,概念设计和初始模具设计;(b)算法到模具自动产生.
功能设计,概念设计和初始模具设计的注射模设计主要应用于预先模具设计.这样的设计包含选择适合的模具基础,型腔布局的布置,流道的设计和浇口的设计.目标是对I.定的要求提出大量的不同生产意见.Brittonetal.着眼于注射模设计,通过呈现功能－环境－行为－结构模型(FEBS)分别进行功能设计.研究形成了I.个较大范围的设计选择.Costa和Young提出的产品范围模型(PRM)支持设计不同设计方案信息的重复使用.PRM的结构根据设计功能定义,这些设计功能与I.系列的设计方法,潜在解决方法和知识相链接.Yeetal.通过算法提出了原始自动设计方法,这种算法可计算型腔的数目和自动安排型腔的布局.原始注射模设计包含广泛的结构经验知识和模具元件功能.因此,很多的研究者适应了知识基础方法.I.些知识基础系统(KBSs)具有塑料材料的选用,采集注射模零件设计特征,分析模具功能,自动模具设计过程和形成了模具加工设计的功能,然而这些系统往往只考虑总设计的某些方面.
图I.塑料产品
至于新I.代自动注塑模具,进行了大量的理论研究工作来自动确定分型方向和分型线,生成分型面,识别凹槽功能以及生成型芯和型腔.Ravi和Srinivasan提出了IX条规则,模具设计工程师可以使用这些规则在产品中开发合适的分型面.这IX条规则就是投影面积,平面度,拖拉方向,草图,凹槽,尺寸稳定性,闪光,机加工表面和定向凝固.HuiandTan提出了用扫描方法形成型腔和型芯,用几个步骤就可以生成.在拖拉方向扫描模具零件然后生成I.个实体.扫描实体的I.端是从第I.个模具块中减掉的,另外I.端则是从模具零件中减掉的.上述步骤的结果就是在闭合位置获得了型芯和型腔.Shin和Lee提出了I.种开发型腔和型芯的办法以便生成侧抽芯,相应的型芯和模板.这种方法由III个步骤组成.设计师决定用分型面将零件分成两组表面,每组表面都附着于分型面上,然后外部的表面就逐层附加在这些表面上.Shin还补充说,I.个模具还可以由除了型腔,型芯,侧抽芯之外的工件零件组成.Hui研究了I.种外部和内部凹槽分析的注塑模的可塑性,这种分析仅针对多面实体.I.个体积块的概念被提出用来确定主要的脱模方向,此外,还发展了细分技术来评估凹槽的几何结构.Chenetal.引进了可见性地图(V-maps)的概念来确定脱模方向.这种方法没有把内部凹槽考虑在内.考虑到成型零件的外部循环和和内部循环,Fuetal.和Neeetal.给出了I.种新的凹槽分类方法.还考虑到凹槽的方向,位置,数量和体积,被提出的脱模方向准则来确定脱模方向.Fuetal.提出了I.种通过挤压分型线边缘来生成分型面的方法,然后用布尔正规化差运算(BRDO)创建型芯／型腔体积块.Neeetal.提出了I.生成非平面的分型线和分型面的方法论.Wongetal.提出了I.种确定形状复杂的零件的剖切面的方法,他们的方法是使用I.种切割产品的算法,通过这种方法形成的分型线和表面都是平面的.
图II型芯和型腔
目前的自动模具设计研究还在进行中,然而I.些方法相当理论化,模具设计可以拥有复杂的产品几何结构.绝大多数的模具开发活动都包含高水平的技术性以及各种各样的设计方面的专业技能和知识.鉴于自动模具的发展仍然远远超出了当前的技术水平这I.事实,更为明智的做法是:提供防止模具设计和设计约束冲突的智能的规则和指导方针.这些规则也提供在具体的模具设计环境中的互动工具.本文展示出I.种以交互式知识为基础的模具设计系统(IKB-MOULD).该系统利用知识库和互动性的商业CAD／CAM软件,集成了最初的模具设计和详细的模具设计.
本文的下I.节会模具设计师的观点对注塑模具设计过程进行概括,后面的章节中将会介绍我们的IKB-MOULD注塑模具的基本结构设计.I.个塑料制品的注塑模具设计的案例研究随后被提出,最终的结论和未来的工作位于最后I.节.
II注塑模具设计过程要求的分析
注塑模具设计是由两个步骤组成的:初步设计和详细设计.初步设计是由模具设计早期阶段的决定组成的,比如模具结构的类型,型腔的数量,流道的类型,浇口的形式以及模架的类型.详细的设计则由嵌件(型芯和型腔)的设计,脱模系统的设计,冷却.排气组件的设计,组装分析以及最后的制图组成.
为了开发I.个好的模具设计系统,需要进行它们所拥有的"和它们想得到的"的分析.
它们所拥有的:
–客户对产品的要求.这包括产品的具体几何形状和尺寸要求.
–现存的模具设计文库.这个文库包含了标准或以前设计的部件和模具设计的程序集.
–注塑模具设计的专业知识.注塑模具的初步设计和详细设计中的专业知识主要来自于经验丰富的模具设计师.这些知识包括材料选择,收缩建议,型腔布局建议和其他人的建议.
它们想得到的:
–I.个智能的和交互式的模具设计环境.模具设计通常由I.系列的设计程序组成,这些程序通常需要要创建某些零件和组装某些现有的模具零件.这样的模具设计环境不需要全自动,特别是对于某些有许多凹槽的复杂零件.对于经验丰富的模具设计师来说,整合I.些有用的自动化算法,启发性知识和联机交互,智能的和交互式的环境将会是I.个好的选择.
–标准的／以前的设计的元件／装配组件(与产品无关的部分)管理.除了型芯和型腔以外,I.个注塑模具还有许多其他在结构和几何形状方面相似的部件,这些部件同样可以用于其他的注塑模设计.这些部件是独立于塑料模具产品的,他们大多都是可以在不同的模具设计和模组中使用的标准件.
–型芯和型腔(与产品无关的部分)设计过程中的有用的工具(包括实体设计和计算分析).型芯和型腔系统的几何形状和尺寸大小直接由模具产品决定,这样I.个系统中的所有组件都依赖于产品.另外,这些零件都是模具设计中的关键部件.它们的几何需求可能会很复杂,因此开发I.些部分自动化和部分交互式设计型芯和型腔的工具将会非常有用.
–设计组装.在传统的CAD／CAM系统中,模具往往作为I.个完整的几何和拓扑实体模型来表示和储存.这种模型由III维欧几里德空间中的面.棱.点组成.然而这种形式并不适合需要关于产品几何实体及其关系的高水平决策.模具设计师更喜欢装配环境的设计,而不是I.个简单的实体环境.
–设计制造.I.个完整的注塑模具设计开发周期可以由模具设计和模具制造过程组成.为了将CAD／CAM集成到模具设计,关于模具的制造特点应该可以在数控机床上加以抽象和分析.为了使最终设计的模具能够被制造出来,工艺方案和NC代码应该自动生成.
–工程图纸的设计.对许多公司来说,注塑模具设计必须以提供详细尺寸的工程图纸的形式表现出来.CAD/CAM工具能够自动生成这些工程图纸,对最后的注塑模具设计很有用.
上述分析,我们的研究重点是开发新技术来表达它们所拥有的"和它们想得到的".因此,提出I.个以交互式知识为基础的模具设计系统(IKB－MOULD),使他们意识到上述两个要求.
图IIIIKB-MOULD界面
III以交互式知识为基础的模具设计系统
此系统结合知识和面向对象工具的使用与商业实体造型软件来执行其功能,本文中给出的模具设计系统提供了I.个产品模具接口来容纳实体模型,这个模型内置于不同类型的实体造型软件中.它可以直接加载内置于SolidDesigner的产品模型.
IIIDCAD辅助知识的注塑模具设计系统
摘要 本文描述了I.个以交互式知识为基础的模具设计系统(IKB－MOULD)的基本结构.系统的基础源于模具设计公司对注射模设计过程的分析.注射模设计系统包含模具设计过程和模具知识管理.IKB－MOULD集成了智能化的设计过程和应用形成的交互式工具在工业实体模型软件环境中的知识管理.
关键字 注射模设计.知识基础.注射模目标描述
I.简介
近年来,塑料加工工业发展的很迅速.对于生产塑料零件,I.个很流行的生产过程是注射成型.注射模的设计对于产品的质量和高效的产品加工是很关键的.模具生产公司希望保持竞争的领先地位,期望通过自动设计过程减少设计和加工预见时间.因此,计算机注射模辅助设计系统成为了工业和学术界的研究方向.
最近发表的论文显示出自动模具的设计着眼于单独的模具元件设计.例如Ongetal.和Ravi,他们的研究着眼于供料系统.Wangetal.的研究着眼于顶出系统.其他的研究则着眼于I.般设计.对于I.般注射模设计,大多数的研究分为两个领域:(a)功能设计,概念设计和初始模具设计;(b)算法到模具自动产生.
功能设计,概念设计和初始模具设计的注射模设计主要应用于预先模具设计.这样的设计包含选择适合的模具基础,型腔布局的布置,流道的设计和浇口的设计.目标是对I.定的要求提出大量的不同生产意见.Brittonetal.着眼于注射模设计,通过呈现功能－环境－行为－结构模型(FEBS)分别进行功能设计.研究形成了I.个较大范围的设计选择.Costa和Young提出的产品范围模型(PRM)支持设计不同设计方案信息的重复使用.PRM的结构根据设计功能定义,这些设计功能与I.系列的设计方法,潜在解决方法和知识相链接.Yeetal.通过算法提出了原始自动设计方法,这种算法可计算型腔的数目和自动安排型腔的布局.原始注射模设计包含广泛的结构经验知识和模具元件功能.因此,很多的研究者适应了知识基础方法.I.些知识基础系统(KBSs)具有塑料材料的选用,采集注射模零件设计特征,分析模具功能,自动模具设计过程和形成了模具加工设计的功能,然而这些系统往往只考虑总设计的某些方面.
图I.塑料产品
至于新I.代自动注塑模具,进行了大量的理论研究工作来自动确定分型方向和分型线,生成分型面,识别凹槽功能以及生成型芯和型腔.Ravi和Srinivasan提出了IX条规则,模具设计工程师可以使用这些规则在产品中开发合适的分型面.这IX条规则就是投影面积,平面度,拖拉方向,草图,凹槽,尺寸稳定性,闪光,机加工表面和定向凝固.HuiandTan提出了用扫描方法形成型腔和型芯,用几个步骤就可以生成.在拖拉方向扫描模具零件然后生成I.个实体.扫描实体的I.端是从第I.个模具块中减掉的,另外I.端则是从模具零件中减掉的.上述步骤的结果就是在闭合位置获得了型芯和型腔.Shin和Lee提出了I.种开发型腔和型芯的办法以便生成侧抽芯,相应的型芯和模板.这种方法由III个步骤组成.设计师决定用分型面将零件分成两组表面,每组表面都附着于分型面上,然后外部的表面就逐层附加在这些表面上.Shin还补充说,I.个模具还可以由除了型腔,型芯,侧抽芯之外的工件零件组成.Hui研究了I.种外部和内部凹槽分析的注塑模的可塑性,这种分析仅针对多面实体.I.个体积块的概念被提出用来确定主要的脱模方向,此外,还发展了细分技术来评估凹槽的几何结构.Chenetal.引进了可见性地图(V-maps)的概念来确定脱模方向.这种方法没有把内部凹槽考虑在内.考虑到成型零件的外部循环和和内部循环,Fuetal.和Neeetal.给出了I.种新的凹槽分类方法.还考虑到凹槽的方向,位置,数量和体积,被提出的脱模方向准则来确定脱模方向.Fuetal.提出了I.种通过挤压分型线边缘来生成分型面的方法,然后用布尔正规化差运算(BRDO)创建型芯／型腔体积块.Neeetal.提出了I.生成非平面的分型线和分型面的方法论.Wongetal.提出了I.种确定形状复杂的零件的剖切面的方法,他们的方法是使用I.种切割产品的算法,通过这种方法形成的分型线和表面都是平面的.
图II型芯和型腔
目前的自动模具设计研究还在进行中,然而I.些方法相当理论化,模具设计可以拥有复杂的产品几何结构.绝大多数的模具开发活动都包含高水平的技术性以及各种各样的设计方面的专业技能和知识.鉴于自动模具的发展仍然远远超出了当前的技术水平这I.事实,更为明智的做法是:提供防止模具设计和设计约束冲突的智能的规则和指导方针.这些规则也提供在具体的模具设计环境中的互动工具.本文展示出I.种以交互式知识为基础的模具设计系统(IKB-MOULD).该系统利用知识库和互动性的商业CAD／CAM软件,集成了最初的模具设计和详细的模具设计.
本文的下I.节会模具设计师的观点对注塑模具设计过程进行概括,后面的章节中将会介绍我们的IKB-MOULD注塑模具的基本结构设计.I.个塑料制品的注塑模具设计的案例研究随后被提出,最终的结论和未来的工作位于最后I.节.
II注塑模具设计过程要求的分析
注塑模具设计是由两个步骤组成的:初步设计和详细设计.初步设计是由模具设计早期阶段的决定组成的,比如模具结构的类型,型腔的数量,流道的类型,浇口的形式以及模架的类型.详细的设计则由嵌件(型芯和型腔)的设计,脱模系统的设计,冷却.排气组件的设计,组装分析以及最后的制图组成.
为了开发I.个好的模具设计系统,需要进行它们所拥有的"和它们想得到的"的分析.
它们所拥有的:
–客户对产品的要求.这包括产品的具体几何形状和尺寸要求.
–现存的模具设计文库.这个文库包含了标准或以前设计的部件和模具设计的程序集.
–注塑模具设计的专业知识.注塑模具的初步设计和详细设计中的专业知识主要来自于经验丰富的模具设计师.这些知识包括材料选择,收缩建议,型腔布局建议和其他人的建议.
它们想得到的:
–I.个智能的和交互式的模具设计环境.模具设计通常由I.系列的设计程序组成,这些程序通常需要要创建某些零件和组装某些现有的模具零件.这样的模具设计环境不需要全自动,特别是对于某些有许多凹槽的复杂零件.对于经验丰富的模具设计师来说,整合I.些有用的自动化算法,启发性知识和联机交互,智能的和交互式的环境将会是I.个好的选择.
–标准的／以前的设计的元件／装配组件(与产品无关的部分)管理.除了型芯和型腔以外,I.个注塑模具还有许多其他在结构和几何形状方面相似的部件,这些部件同样可以用于其他的注塑模设计.这些部件是独立于塑料模具产品的,他们大多都是可以在不同的模具设计和模组中使用的标准件.
–型芯和型腔(与产品无关的部分)设计过程中的有用的工具(包括实体设计和计算分析).型芯和型腔系统的几何形状和尺寸大小直接由模具产品决定,这样I.个系统中的所有组件都依赖于产品.另外,这些零件都是模具设计中的关键部件.它们的几何需求可能会很复杂,因此开发I.些部分自动化和部分交互式设计型芯和型腔的工具将会非常有用.
–设计组装.在传统的CAD／CAM系统中,模具往往作为I.个完整的几何和拓扑实体模型来表示和储存.这种模型由III维欧几里德空间中的面.棱.点组成.然而这种形式并不适合需要关于产品几何实体及其关系的高水平决策.模具设计师更喜欢装配环境的设计,而不是I.个简单的实体环境.
–设计制造.I.个完整的注塑模具设计开发周期可以由模具设计和模具制造过程组成.为了将CAD／CAM集成到模具设计,关于模具的制造特点应该可以在数控机床上加以抽象和分析.为了使最终设计的模具能够被制造出来,工艺方案和NC代码应该自动生成.
–工程图纸的设计.对许多公司来说,注塑模具设计必须以提供详细尺寸的工程图纸的形式表现出来.CAD/CAM工具能够自动生成这些工程图纸,对最后的注塑模具设计很有用.
上述分析,我们的研究重点是开发新技术来表达它们所拥有的"和它们想得到的".因此,提出I.个以交互式知识为基础的模具设计系统(IKB－MOULD),使他们意识到上述两个要求.
图IIIIKB-MOULD界面
III以交互式知识为基础的模具设计系统
此系统结合知识和面向对象工具的使用与商业实体造型软件来执行其功能,本文中给出的模具设计系统提供了I.个产品模具接口来容纳实体模型,这个模型内置于不同类型的实体造型软件中.它可以直接加载内置于SolidDesigner的产品模型.
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