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塑料注塑成型模塑的自動(dòng)化裝配組件
摘要 一個(gè)注射成型機(jī)是一個(gè)包含了產(chǎn)品生產(chǎn)部分和與之相關(guān)的非生產(chǎn)部分自動(dòng)化裝配組件，本篇論文論述了注射成型模塑的兩個(gè)關(guān)鍵的裝配組件。顧名思義，它們是由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出來，并且決定非生產(chǎn)部件在裝配組件中的位置和取向，這種從表官現(xiàn)象和客觀取向所設(shè)計(jì)的組件，是意欲表現(xiàn)出注射成型裝配組件的。據(jù)此，這種設(shè)計(jì)允許設(shè)計(jì)者忽略一個(gè)模塑制件的細(xì)節(jié)，直接描述只見的那一部分的重要及其原因，因此它給設(shè)計(jì)者提供了一次設(shè)計(jì)裝配的機(jī)會(huì)，一個(gè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單幾何方法通常意欲在相同的條件下推斷出一個(gè)客觀配件在裝配組件中的位置，而在這種粗略設(shè)計(jì)和系統(tǒng)簡(jiǎn)單的幾何方法的基礎(chǔ)上，模塑自動(dòng)化裝配組件被進(jìn)一步研究。
關(guān)鍵詞：模塑裝配組件，表觀現(xiàn)象，注射成型，客觀取向，
1 簡(jiǎn)介
注射成型是生產(chǎn)塑料注塑模塑的重要過程。它所必需的設(shè)備包含了兩個(gè)關(guān)鍵的部分：注射成型機(jī)和注射模具。今天所用的注射模具機(jī)就是所謂的萬能機(jī)。不同尺寸的塑件通過它而被生產(chǎn)出來，但是這些尺寸被限制在一定的范圍內(nèi)。這些模具是根據(jù)塑件設(shè)計(jì)出來的。對(duì)于不同的模具形狀就需要有不同的模具布局與之對(duì)應(yīng)，一個(gè)注射成型模具的最基本的任務(wù)就是將熔化了的材料生產(chǎn)成不同形狀的制品，這個(gè)任務(wù)是由包含了陽模、型腔、嵌件、一級(jí)頂出機(jī)構(gòu)的型腔系統(tǒng)完成的。一個(gè)型腔系統(tǒng)的幾何形狀和尺寸是由塑件直接決定的，因此一個(gè)型腔所有的構(gòu)件都叫做產(chǎn)品生產(chǎn)部分（產(chǎn)品就是指塑件，部件就是指注射模具的構(gòu)件，另外產(chǎn)品成型是最基本任務(wù)，一個(gè)注射成型機(jī)需要完成很多任務(wù)，例如，分配，熔料，冷卻融化物注射塑件，功能部件所完成的這些任務(wù)與注射成型不同結(jié)構(gòu)和尺寸的塑件非常相似，他們的結(jié)構(gòu)和幾何形狀與塑件成型模具不相關(guān)，但是他們的尺寸可以根據(jù)塑件的尺寸而不斷改變，因此我們可以從中得到結(jié)論，一個(gè)注射成型機(jī)包含了塑件生產(chǎn)部分和與之相關(guān)的非生產(chǎn)部分的自動(dòng)化裝配組件。）
生產(chǎn)部分的設(shè)計(jì)師在總結(jié)了所生產(chǎn)塑件的幾何性能而得到的，在最幾年CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)被成功的應(yīng)用在幫助模具設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的塑件生產(chǎn)部分，一個(gè)塑件的自動(dòng)化的生產(chǎn)受到了越來越大的重視，然而幾乎沒有相關(guān)的作品被刊登出來，盡管他同生產(chǎn)部分的設(shè)計(jì)營(yíng)養(yǎng)重要，當(dāng)應(yīng)用CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品生產(chǎn)部分和所有的注射成型裝配組件時(shí)模具工業(yè)免領(lǐng)著以下兩種困難，第一，在一個(gè)模具系統(tǒng)中往往有一百多個(gè)廠品生產(chǎn)部分，并且這些部分之間互相聯(lián)系互相制約，對(duì)于模具設(shè)計(jì)者在一個(gè)裝配組件取向和安排這些組件時(shí)非常浪費(fèi)時(shí)間的，另外當(dāng)模具設(shè)計(jì)者大部分的時(shí)間用來思考實(shí)際存在的客觀部件的選用原則，例如，螺絲、底座，系統(tǒng)應(yīng)用了一個(gè)完全不同的客觀無體幾何水平，結(jié)果高水平的客觀取向想法不得不翻譯成低水平的CAD系統(tǒng)，例如，線、平面、塊，因此，發(fā)展一個(gè)模塑自動(dòng)化裝配組件顯得非常重要，在這篇論文中我們論述了模塑自動(dòng)化組建的兩個(gè)關(guān)鍵因素。在計(jì)算機(jī)中涉及一個(gè)模具生產(chǎn)部分和一個(gè)模具生產(chǎn)裝配組件，并且決定組成部分在一個(gè)裝配組件中的位置和客觀取向。
這篇論文簡(jiǎn)要地描述了模塑裝配組件的相關(guān)研究并且論述了注射成型模塑一個(gè)裝配組件的一個(gè)不可缺少的設(shè)計(jì)，一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何方法被用來決定一個(gè)部件在模具裝配組件中的位置和客觀取向，介紹了注塑成型模塑的自動(dòng)化裝配組件的一個(gè)例子。
2 相關(guān)的研究
關(guān)于模塑注塑這個(gè)課題，已經(jīng)在很多領(lǐng)域被廣泛研究，例如，動(dòng)力機(jī)體學(xué)，人工智能，和模塑幾何性能學(xué)。湯木編輯了一本模塑組件的書，他在其中報(bào)道了許多關(guān)于模塑裝配組件的專業(yè)術(shù)語，再這些專業(yè)術(shù)語中，一些組件被比喻成鼻子。一些感觀機(jī)體被弧線連接起來。然而，這些感官機(jī)體并沒有重合在一起。這就嚴(yán)重的影響了改性過程。例如，一個(gè)幾何裝配移動(dòng)所有與之相關(guān)的部件沒有相應(yīng)的移動(dòng)。邁克發(fā)明了一種支持包含了最基本信息的數(shù)據(jù)庫(kù)的有等級(jí)差別的裝配組建系統(tǒng),這些最基本的信息包含了兩個(gè)部件之間的墊片,這些改型基體之際取決于與之相關(guān)的實(shí)體,但是這些有等級(jí)模具差別的模具組建僅僅代表了這些模具中的一部分。
自動(dòng)化取向指代的是一些組件在裝配組件中的布局,這就意味著模具設(shè)計(jì)者可以避免直接定義這些改性機(jī)體,另外,一個(gè)部件位置的改變,將會(huì)隨著與之相連的任意一個(gè)部件的改動(dòng)而變動(dòng),存在著三種技術(shù)推斷計(jì)算一個(gè)部件在一個(gè)裝配組件中的位置和取向,這三種技術(shù)分別是數(shù)字迭代技術(shù),系統(tǒng)代數(shù)技術(shù),和系統(tǒng)幾何技術(shù),邁克指出數(shù)字迭代技術(shù)使用計(jì)算存在與空間關(guān)系中任何一個(gè)部件的位置和取向,他們的方法包含了三個(gè)步驟,產(chǎn)生約束等式,減少約束等式的數(shù)量 和解決這些等式,存在著16個(gè)等式與條件不符,18個(gè)等式符合條件,6個(gè)對(duì)任何機(jī)體合適的等式,另外2個(gè)附加等式符合旋轉(zhuǎn)部分,通常這些等式的數(shù)量超過了可以利用的等式,因此這就需要一種技術(shù)篩選到不需要的公式,牛頓力學(xué)公式被用來解決這個(gè)問題。這種技術(shù)有兩個(gè)缺點(diǎn)：第一、這種方法嚴(yán)重的依賴這前面的方法；第二、數(shù)字迭代技術(shù)不能區(qū)別不同的數(shù)字基礎(chǔ),因此,他很可能緊急用在空間關(guān)系的問題上,這個(gè)領(lǐng)域不是數(shù)學(xué)方面的空白,但是在理論上還很模糊。
愛波和波斯提出了一種方法用來計(jì)算裝配組建中的每一個(gè)部件在兩個(gè)部件之間旋轉(zhuǎn)和改觀方面所需要的空間關(guān)系,每一個(gè)部件存在著關(guān)于空間關(guān)系的6個(gè)轉(zhuǎn)變(3個(gè)移動(dòng)和三個(gè)旋轉(zhuǎn))。這種技術(shù)需要大量的計(jì)算機(jī)程序應(yīng)用和數(shù)據(jù)計(jì)算,同樣他不能用來解決在任何時(shí)間出現(xiàn)的所用問題,尤其是當(dāng)一個(gè)等式不能在程序中被重寫的時(shí)候。
開若發(fā)明了一種能夠決定一個(gè)剛性物體的位置和趨向的集合方法,這種方法用來解決一系列的幾何約束.這種幾何方法是通過產(chǎn)生一系列畝任何約束的系統(tǒng)方法來解決問題的.這就導(dǎo)致了DOF數(shù)量的下降,開若利用了一種解決問題的技術(shù)稱作"上帝"這是一個(gè)包含了一個(gè)點(diǎn),兩條標(biāo)準(zhǔn)角形軸線的技術(shù).7條約束現(xiàn)在圖表中被定義出來,關(guān)于這個(gè)圖表顯示了約束之間的關(guān)系.經(jīng)試驗(yàn)分析后確定一個(gè)幾何物體的最終布局,一步一步的在每一部解決客觀物體的布局,分析的結(jié)果決定哪一種方法將會(huì)滿足一個(gè)物體同時(shí)解除約束,這考慮到不見自由運(yùn)行的程度,然后得出哪一種行為約束了部件的自由運(yùn)行,在每異步結(jié)束的時(shí)候一種正確的方法被應(yīng)用到確定裝配組建技術(shù)的計(jì)劃中.根據(jù)賽若和褥子開若的方法在發(fā)展莫塑裝配組建技術(shù)中起到了重大的作用,這種系統(tǒng)的幾何方法可以解決所有的約束條件,并且與數(shù)字迭代技術(shù)相比他擁有跟吸引人的數(shù)字計(jì)算技術(shù),但是要應(yīng)用這種方法就需要大量的應(yīng)用程序。
盡管和多的設(shè)計(jì)者積極的投入到莫塑裝配組建技術(shù)上,但是關(guān)于塑料注射成型莫塑裝配組建技術(shù)的成果很少被系統(tǒng)的報(bào)道.螺絲發(fā)明一種支持支持注射成型的設(shè)計(jì)系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng) 通過高水平的功能莫塑組建支持了注射成型莫塑技術(shù),因?yàn)槠渌说募夹g(shù)僅僅是建立在AUTOCAD的基礎(chǔ)上,所以只能用寫簡(jiǎn)單的塊和線框表示出來。
3 注射成型裝配組件的代表
注射成型模塑的自動(dòng)化裝配組件的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是在計(jì)算機(jī)重將模塑裝配組件表示出來和決定部件的生產(chǎn)部分在裝配組件中的位置和取向,在這個(gè)階段我們可以利用客觀取祥和表管線向來代表注射成型的裝配組件。
在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)計(jì)裝配組件，這個(gè)技術(shù)要求考慮到每一個(gè)部件的結(jié)構(gòu)和關(guān)系,這種設(shè)計(jì)必須支持所有的部件在裝配組件中的配合,所有部件間的改變關(guān)系和裝配組件作為一個(gè)整體的操作要求.另外,裝配組件的這種設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)師必須滿足以下的要求：
1、到模具設(shè)計(jì)者考慮到實(shí)際存在的物體水平時(shí)就必須可以利用高水平的客觀技術(shù)；
2、裝配組件的這種設(shè)計(jì)必須能夠正確的表現(xiàn)出自動(dòng)生產(chǎn)過程的功能。
為了滿足這些要求一種具有表觀現(xiàn)象和客觀趨向的有等級(jí)差別的模具被應(yīng)用在注射成型技術(shù)中,一個(gè)裝配組件可以被分成很多集合裝配,這個(gè)集合裝配有包含了很多的構(gòu)件,因此有等級(jí)差別的模具能夠分成合適的代表兩個(gè)構(gòu)件之間的結(jié)構(gòu).一個(gè)等級(jí)差別的模具暗示了一個(gè)明確的裝配組件組,另外,一個(gè)等級(jí)差別的膜具能夠直接表現(xiàn)出一個(gè)構(gòu)件對(duì)另一個(gè)構(gòu)件的依賴。帶有表觀現(xiàn)象，要求設(shè)計(jì)者站在一個(gè)比實(shí)際應(yīng)用模具更高的水平線。幾何形狀是直接的有尺寸的,和有設(shè)計(jì)者能夠通過一系列參數(shù)直接定位的.然而,客觀趨向的模具設(shè)計(jì)者超出了這些細(xì)節(jié).另外,他同樣也可以使設(shè)計(jì)者由于幾何形狀之間的關(guān)系筆可觀趨向的模具設(shè)計(jì)者容易做出變動(dòng).沒有客觀取向設(shè)計(jì)者就要根據(jù)模具要求這的要求考慮到所有的幾何結(jié)構(gòu),因此,這就是設(shè)計(jì)的每一次改變直接根據(jù)模具要求這的改變而改變.另外,客觀取向的設(shè)計(jì)能夠給設(shè)計(jì)者提供更高水平的組件物體,例如,當(dāng)模具設(shè)計(jì)者考慮到物體的真實(shí)水平時(shí),如一個(gè)冷卻水孔相關(guān)的客觀表象在計(jì)算機(jī)中表現(xiàn)出來。
客觀取向模具設(shè)計(jì)是一個(gè)在考慮到現(xiàn)實(shí)事件中的模具技術(shù)的基礎(chǔ)上所應(yīng)用的一種新的方法,它的基礎(chǔ)是客觀物體,這個(gè)物體結(jié)合了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和性能客觀取向方法被用來理解問題和設(shè)計(jì)程序和數(shù)據(jù)庫(kù),另外,客觀取向代表了裝配組件制造時(shí)單位客觀物體和總的組件的包含與被包含關(guān)系。
4 注射成型模塑的自動(dòng)化裝配組件
許多注塑成型的裝配組件包含了生產(chǎn)部分合非生產(chǎn)部分, 生產(chǎn)部分單個(gè)組件的設(shè)計(jì)師在塑件幾何性能的基礎(chǔ)上得到的,通常產(chǎn)品生產(chǎn)部分應(yīng)由于高水平裝配組件相同的取向,通常這些構(gòu)件的位置和大小直接由設(shè)計(jì)者制定,對(duì)于產(chǎn)品省唱本的設(shè)計(jì),傳統(tǒng)的方法是設(shè)計(jì)者從目錄冊(cè)中直接選擇所需要的模型,對(duì)這些選擇的產(chǎn)品生產(chǎn)部分建立幾何模型塊,然后再將這些塊加入到注射成型裝配組件中,這樣的設(shè)計(jì)及浪費(fèi)時(shí)間與錯(cuò)誤百出.在我們所應(yīng)用的新的設(shè)計(jì)方法中所有生產(chǎn)部分的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)在裝配組件和客觀需要的基礎(chǔ)上得到的,這些數(shù)據(jù)不僅包含了幾何形狀和生產(chǎn)部分的尺寸,而且還包含了部件之間的空間約束.另外,許多有固定路線的部件例如:頂出和復(fù)位同樣也在這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中,因此,模具設(shè)計(jì)必須選則應(yīng)用這要求的模具生產(chǎn)部分而確定它的結(jié)構(gòu),然后計(jì)算機(jī)軟件會(huì)自動(dòng)的確定出這些部分所要求的部件的取向和位置,然后再將這些部件加入到裝配組件中。
5 模具非標(biāo)準(zhǔn)的集合裝配
產(chǎn)品的生產(chǎn)部分可以進(jìn)一步分為標(biāo)準(zhǔn)件合非標(biāo)準(zhǔn)件。這些非標(biāo)準(zhǔn)件使用與一系列,底座,導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等裝配組件構(gòu)成的.除了確定產(chǎn)品的性狀外,一個(gè)模具還必須同時(shí)完成許多其他的功能,例如冷卻,注射產(chǎn)品,頂出,合模導(dǎo)向等,許多的模具應(yīng)有相似的性能因此這就導(dǎo)致了他們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上的相似.抹具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有許多標(biāo)準(zhǔn)要求,抹具非標(biāo)準(zhǔn)部件就是在這些標(biāo)準(zhǔn)組件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的。
根據(jù)裝配組件設(shè)計(jì)師的客觀取祥和表關(guān)現(xiàn)象,模具組件的表觀現(xiàn)象是非標(biāo)準(zhǔn)件首先應(yīng)該考慮到的,另外,客觀組件的設(shè)計(jì)受到組件構(gòu)件之間的相互關(guān)系和構(gòu)件的功能的限制,然后利用這些客觀組件一個(gè)有等級(jí)差比的集合裝配(模具的非標(biāo)準(zhǔn)部件)就形成了,這些模具的生產(chǎn)部分可以直接由目錄數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)確定。
5.1 標(biāo)準(zhǔn)件的自動(dòng)設(shè)計(jì)
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件就是一個(gè)自動(dòng)組件,在數(shù)據(jù)庫(kù)中他的空間約束是由墊片,平面直線和弧線確定的但是他與非標(biāo)準(zhǔn)件不同,標(biāo)準(zhǔn)件的位置和客觀取向并不確定.在設(shè)計(jì)時(shí)軟件通過簡(jiǎn)單的公事之直接推斷出標(biāo)準(zhǔn)件地幾何形狀。
5.2裝配組件的復(fù)位設(shè)計(jì)
自動(dòng)化設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵考慮因素是復(fù)位過程,復(fù)位是指嵌件在設(shè)計(jì)過程中流出的相應(yīng)的一定空間使之歸位的操作。當(dāng)一個(gè)噴出設(shè)備加入到裝配組件中就要求在設(shè)計(jì)過程中留出相應(yīng)的孔，以便復(fù)位。
既然利用了客觀取向技術(shù),每一個(gè)裝配組件都可以有兩種表示方式:實(shí)際存在的和客觀設(shè)計(jì)。實(shí)際存在的物體空間時(shí)根據(jù)一個(gè)真實(shí)物體索要占據(jù)的空間決定的.無論何時(shí)一個(gè)客觀構(gòu)件被加入到裝配組件中,它的這是空間尺寸也同時(shí)被設(shè)計(jì)出來.復(fù)位操作技術(shù)是根據(jù)相關(guān)構(gòu)件的相互關(guān)系而設(shè)計(jì)的.另外由于實(shí)際空間和真實(shí)空間的關(guān)系,復(fù)位技術(shù)的設(shè)計(jì)也要根據(jù)實(shí)際物體做出相應(yīng)的改變.這種自動(dòng)復(fù)位功能進(jìn)一步說明了客觀取向的優(yōu)點(diǎn)。
5.3 系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)
在客觀取祥和表管線向基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而出的末塑自動(dòng)化裝配組件技術(shù),已經(jīng)在美國(guó)國(guó)立大學(xué)被應(yīng)用在IMOLD領(lǐng)域內(nèi).這種繪圖技術(shù)提高了應(yīng)用程序的一個(gè)有效方式 ,通過這種技術(shù)使用這可以將其他部分加入到裝配組件中修改參數(shù)等.盡管繪圖技術(shù)提供了很好的功能但是上文提到的方法仍然被用來推斷構(gòu)件的布局,因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過程中必須考慮到構(gòu)件自由運(yùn)行的程度和檢查構(gòu)件在加入到裝配組件以前所需要的空間.這種系統(tǒng)的約簌條件和圖表約束是相輔相成的。
這種裝配組件使用IMOLD技術(shù)設(shè)計(jì)的,模具中的每一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)件被自動(dòng)的安置在裝配組件。同樣,標(biāo)準(zhǔn)件例如螺釘也是被自動(dòng)的加入到裝配組件中,復(fù)位技術(shù)也不例外。
6 結(jié)論
在表觀現(xiàn)象和客觀取向技術(shù)上所設(shè)計(jì)的具有等級(jí)差別的具有注射模塑裝配組件不僅僅提高了裝配組件設(shè)計(jì)技術(shù),而且同時(shí)提高了操作功能和幾何約束性,例如自由的程度,配合條件,鑲嵌和取向約束.因?yàn)?裝配組件設(shè)計(jì)的這一技術(shù)的提高,它的變動(dòng)例如,裝配組件中某一構(gòu)件的尺寸變化可以在整體設(shè)計(jì)完以后在做出變動(dòng)。裝配組件構(gòu)件的封鑄有以下兩個(gè)特點(diǎn)：1因?yàn)榕浜霞夹g(shù)在裝配構(gòu)件中封鑄自動(dòng)化裝配組件設(shè)計(jì)就可以被容易的利用；2裝配組件的封鑄使得裝配組件的設(shè)計(jì)在應(yīng)用過程中自動(dòng)完成，例如復(fù)位和構(gòu)件檢查。提出了簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)方法可以直接降低自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程中程序的難度。