为计算机辅助设计工具用于塑料注射模具设计的标准元件库设计

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第9页 共9页用计算机辅助设计工具对塑料注射模具设计的标准元件库设计Y. S. Ma* G. A. Britton, S. B. Tor, E. Gunawan C. H. Lee 大学机械与生产工程，南洋理工大学南阳大道，新加坡639798*电子邮件：mysmantu.edu.sg摘要本文介绍了设计一个三维参数化标准件库（SCL）的基础上的计算机辅助设计工具。这个库可以有效地生成标准件自动从不同的供应商的基础上构造实体几何（CSG）的方法。成组技术（GT）方法适用于控制几何配置的组件模型：在内部没有使用预先定义的模板时，用一个原型已经开发的有可行的设计与模块化特征基元进行设计。这个新的设计已经证明相比现有的库具有预期的优势。关于这个问题未来的研究与发展是值得被探讨的。1简介在塑料注射成型工业，市场是越来越小。这种情况对模具计算机辅助设计工具形成了一个巨大的挑战。一个注塑模具标准件由许多不同的部件，诸如模架板，定位圈，浇道衬套，顶针，软管接头，插头。用相似的结构建立模具使之适应一定的标准化的需要。这允许标准组件集中生产，从而降低制造成本。许多公司，如DME, HASCO, FUTABA, MISUMI，都有提供服务的标准模架的模具产业。一些计算机辅助设计系统的注射模设计有标准纳入模具单位的库，这被认为是这种软件的一个最重要的特点。然而，如果库的目的是使操作浓缩和有效，那么大量数据存储和开发时间需要交给计算机辅助设计系统。因此需要一个有效的和有效率的设计标准件库（SCL）。2文献综述传统的塑料模具设计研究工作集中在概念设计早期工程的决定 1，2 。最近，模具结构设计工具被强调。金等人 3提出了一个自动销顶针设计系统，它由四个模块组成，计算针的推力，最小尺寸的顶针，顶针和数量，以及设计的喷射格栅。李等人 4和福等人 5 的在产生模具系统的基础上建立一定的实用程序设计。他们的努力，涉及多个功能子系统，如进料，冷却，脱模，和标准工具的子系统。莫等人 6 为模具装配生成提出了一个知识系统的原型，称为ikmold。在这个系统中，计算，数据和连接模块集成产生模的特征。他们还用了成组技术（GT）编码方法，建立模具配置参考编号系统。然而，对设计的标准件库的修改似乎做的很少。Peklenik and Grum 7 报道在设计数据库中使用的计算机辅助设计/制造/工艺应用与成组技术（GT）参数化建模的原则，不被重视。quickmould是一套关于模具设计 8的三维计算机辅助设计软件工具。quickmould有标准组件库（SCL）模块 9。对象技术：每种类型的标准组成部分归类为一种元素存在库中。几何配置：如功能改变是嵌入到每个元素 9中的。一个元素的包括三个相关的文件：一个预定义的计算机辅助设计模板，一个配置文件，和一个数据文件（参见图1）。图1中quickmould组件如果用户从一个供应商已被纳入的目录中选择类型组件，将加载一个预定义的标准组件模板。程序引擎将检索配置文件和数据文件的相应部分。然后该对象代表这部分是成立的，其中包括功能配置选项，几何更新方法，不同的大小，和视觉的尺寸要求。组件负载可以修改和更新对象，更新底层的计算机辅助设计表达式，自动与表达参考机制 10交换数据。在快速模具设计中有缺点，尽管一些计算机辅助设计模板已大大减少，但是为每个类型的标准组件交互的努力和严格的配置建模所需的预先定义的模板仍然相当大。3新标准组件库设计为了克服上述快速模具设计的缺点，在本文中提出了标准件库这种新的生成方法，。这个想法是在一个面向对象法中产生共同的标准组件的几何参数特征基元。这种设计是通用的，因为知识型设计程序必须适用于解决问题，需要大量的人类知识的解决方案。将独立的和一致的对象，定义为不同的组件库。库函数的目的是允许用户创建，编辑，查询，和破坏标准组件。另一方面，库的内容需要很容易发展和扩大从目录供应商会定期更新，而内部组件也纳入其中。考虑到这种库并行工程的潜在应用，库的内容需要丰富信息等所有信息的每个标准组件可以很容易地提取和提供给在不同的水平的不同的应用。图2显示了新设计的目的，这是一个快速模具设计基础上修改 9。预先定义的模板不需要创建一个库单元。新设计的探索能力的应用编程接口（接口）功能，这可以被称为一个对象在环境下产生标准组件模型。计算机辅助设计的应用程序接口函数设计了能容易集成计算机辅助设计功能和外部自定义应用程序 10的功能。他们可称为在任何程序中都可用的编程语言。在这项工作中，应用程序创建几何组件模型内部的计算机辅助设计的应用程序接口函数。这一个优点是，可执行文件要小得多，他们可以迅速编译。一旦内部应用程序加载到内存中，它为其余的计算机辅助设计服务。然后将交互运行，让用户有机会看到，应用程序在对象在标准组件模型上显示的结果。几何模型是由程序通过成组编码方案直接生成的。通过生成标准组件使用内部预定义的模板函数并淘汰一部分多余模板。这种建构提出了新的标准组件库设计，它是基于构造实体几何（体素构造）语法，这是一个简单的组合特征固体的语法，如长方体，圆柱体，圆锥体，球体，等等。这套操作方法是：并（包括所有的点在空间中所包含的甲或乙），交（包括所有的点包含的甲和乙）和差（包括所有点形状包含在一个甲乙中）。大多数标准构件几何通常是简单语法的结合。以顶针已选择的组件类型为原型。他们已经基本形成，是最常见的一种标准组件，适用于所有要求的目录。此外，该解决方案可以扩展为其他类型的部件，如核心引脚，引脚中心，和浇口衬套。分层次建设实现最终的顶针模型，如图3所示。建一个顶针初始化的非常简单的基本体，圆柱法兰。这是第一阶段的原始的顶针。然后将它连接到二级语法，其次是第三级。最后，其他几何偏差和改变都会根据顶针的类型被分配到模型。在一个组成部分，所有拓扑特征基元有彼此的关系。这种拓扑关系模型的形式是一幅图。因此每一个要求都可以像其他关系的尺寸和公差一样仿照在模块化的方式中配置。成组技术的实施方法是基于威尔逊等人 11和海德等人 12的方法。它的设计是最初的标准部件来自不同要求的目录是模仿在一个矩阵形式其中涉及一个分类编码系统。成组技术方法被称为用于编码的标准组件，由用户选择至关重要的来自代码代表的必要信息的形状标准组件及施工方法。这种分类方法在分组标准组件的基础上配置的特征，包括形状，大小和其他物理特性。图4说明了矩阵顶针。每个代码由一定数目的数字（如在图4列）。一般来说，每个数字代表一个特定功能的标准组件。如果相应的特征的数字中不存在零组件，不分配给数字。例如，第一个数字的矩阵代表的基体形状，如一个同心圆柱顶针。像往常一样，在前的是主要特征而其余的是细微的变化。在顶针的案例中，第一个数字表示圆柱的特征类型，但第六数字指示法兰改建而成。因为代码是在其配置基础上分配的，标准组件具有类似的形状也有类似的代码，反之亦然。一个免费的法兰加强顶针如图5所示，代码“11110012”。过去20数字代码代表类型的圆角的弹射机构。注意，倒数第二个数字表明一个圆角，最后一个数字代表型角。这个编码系统能自动展开，运用“编码”组的每一个名义上的“数字”。例如，数字7（编码号）将决定选择数字8。如果有数字3所显示的数字7，然后角式代码必须是3位数，这被视为“8的数字组”。事实上，该步骤还组建它的树图。如长方形针图6所示，分配的代码是“12030000”。该矩阵也可以扩大代表其他针的类型，如核心引脚，中心引脚。此外，该矩阵也可以用来确定特定的属性，如尺寸，公差，和语法。图7显示了在本项目中实现成组技术的设计。在用户选定的必要选择一个组件，如要求，专业型，分型，和所有的型改，组件配置代表一个分类代码。从配置和数据文件中检索出相应的属性和数值。然后，这些相应的对象建立几何体。一方面所发挥的作用是控制成组技术编码的几何构造方法的标准件库。因为它们是根据用户界面输入的代码组织几何体的。4 “标准组件库”的实施标准组件库程序是使用VC +开放的升级内部。通过体素构造表示法实施该方案。图8显示的是流程图。结果已表明 在创建元素的标准的几何模型的组件中，实施成组方法为面向对象的特征生成方法以增加程序的可重用性是有希望达到的。然而，由于时间限制，它的用户界面原型没有根据组织成组代码对象的技术。作为经验丰富的快速模具开发 8，9 ，一般在界面的动态配置时，用户界面的使用能够显示多个选择（要求，范畴，主要类型，类型，和改建）来定义对象。5讨论它允许原始程序与用户创建许多来自不同供应商的组成标准结合。设计了通用的基于面向对象的几何方法。原因是所有的原始编码只有一个，也可以重复一次又一次创造具有不同的配置。这种设计消除了需要预先定义的模板。通过吸收更多原始的例子使程序扩展。因此，其他标准族的成分可以被纳入该标准组件库。预先定义的模板的方法 9需要很大的精力去建立计算机辅助设计模板。新生成的标准组件库具有一些优势。首先，在控制几何创建的标准组件中成组技术法是一个通用的方法，可满足多种类型的标准组件。其次，分类代码是一个可用于索引的组件，搜索和组织模块化方法。然而，一般代参数与供应商的具体要求匹配是一个棘手的问题。在这个意义上，与定义模板的方法相比自动生成的方法不是十分灵活和通用。理想情况下，混合的方式是可以开发的。6未来的工作和结论未来的研究和发展包括3个方面（图9）。（1）用户定义的原语应能够使得现有的用户设计的功能可以被转换成模型自动生成子程序。（2）应将数据文件转换成一个数据库；因此，大量的数据记录，可以更好的得到管理。（3）最后，这个设计应扩展到网络环境。可扩展标记语言可以用来进行交流和分享信息设计 13。总之，为标准组件库的生成已经提出一个方法。新方法采用成组技术。这种方法提供了改进的基于模板的方法。伴随着一个简单的编码矩阵该库的一个原型已经被开发，并已显示出对模块化的通用方法产生标准组件模型的可喜的能力。成组技术方法的开发使对象在不同的组件类型上可重复使用。 确认快速模具的研究项目是由新加坡信息通信发展局、南洋理工大学和我院共同制定。目前包括南洋理工大学，快速模具是被用来作为一种研究。工具书类1 J. Borg, and K.J. MacCallum, “A Hypercad ExpertSystem For Plastic Product Design”, Conference onComputer Integrated Manufacturing, vol. 1, pp.295-302, 1995. 2 K.S. Chin, and T.N. Wong, “A Framework ToDevelop An Expert Injection Mold Planning SystemFor Early Product Design Decision”, Conference onComputer Integrated Manufacturing, vol. 1, pp. 303-310, 1995. 3 S. Jin, S.B. Tor, and G.A. Britton, “A ProposedAutomatic Pin Ejector System Design For PlasticInjection Molding”, Conference on ComputerIntegrated Manufacturing, vol. 2, pp. 1125-1131,1995. 4 R.S. Lee, Y.M. Chen, and C.Z. Lee, “Development of a Concurrent Mold Design System: A Knowledge-Based Approach”, Computer IntegratedManufacturing Systems, vol.10 no.4, pp. 287-307,1997. 5 M.W. Fu, J.Y.H. Fuh, and A.Y.C. Nee, “Core andCavity Generation Method in Injection Molding”.International Journal of Production Research 39, pp.121-138, 2001. 6 C.K. Mok, K.S. Chin, and K.L. Ho, “An InteractiveKnowledge-Based CAD System for Mold Design inInjection Molding Processes”. International Journalof Advanced Manufacturing Technology 17, pp. 27-38, 2001. 7 J. Peklenik, J. Grum, B. Logar, and G. Hlebanja,“Design of the Database for CAD Based on GroupTechnology”, Robotics & Computer-IntegratedManufacturing, vol. 4, no.1/2, pp. 49-62, 1988. 8 QuickMould Users Guide, Singapore Institute ofManufacturing Technology, Singapore, 1999. 9 Y.-S. Ma, S.B. Tor, and G.A. Britton, “Thedevelopment of a Standard Component Library forPlastic Injection Mould Design Using an Object-oriented Approach”, accepted by InternationalJournal of Advanced Manufacturing Technology. 10 EDS Inc., UG Documentation Help, MarylandHeights, MO, USA, 2000. 11 R.C. Wilson, and R.A. Henry, “Introduction to Group Technology in Manufacturing and Engineering”,Institute of Science and Technology, The Universityof Michigan, Ann Arbor, 1977. 12 W.F. Hyde, “Improving Productivity byClassification, Coding, and Data BaseStandardization: The Key to maximizing CAD/ CAM and Group Technology”. 13 J. Chung, K. Lee, “Computers in Industry: AFramework of Collaborative Design Environment forInjection Molding”, 2002. 第 9 页 共 9 页