资源描述
用于塑料注射模具设计和生产的自动基准尺寸 摘要： 基准尺寸（或者坐标尺寸）技术在表面有大量必须有规定的孔特征的注射模具画图方面应用非常广泛。尽管商业 它仍然是个非常复杂的过程。作为使用者，不得不进行规定每个尺寸标记的位置。这篇文章讲的是一种最优的尺寸标记的全自动方法。这种方法采用的是动态工程技术，在尊重用户所选择的标准前提下，使尺寸确定最优化。这种方法已经作为一种工具插到了商业且给出了一些实例来说明这个技术的重要特征。 关键字 ： 自动尺寸 基准尺寸 动态工程 最优尺寸 坐标尺寸 1介绍 多公司可用一种实体模拟系统来设计注射模具。他们用 仅仅是核心和孔插入到模具（他们是形成模具最重要部分），同时也是在模具装配中其他所有部分。伴随着互联网技术的进步和最近 射模具的设计信息可以在产品工程师（设计塑料部件）和刀具工程师（设计注射模具），甚至他们位于世界上不同区域。在设计信息通过电子方式在产品设计和刀具设计中可以有效的交流，制造信息 通信在电子和传统技术共同作用下在车间完成。数控机床刀具轨迹或者检查指令可以直接从 互联网下载给数控控制器进行加工或者进行检查工作。然而，对于一个专门机器来说建立一个说明书或许在工程图纸中规定。另外，不是所有的加工任务都是在数控机床上完成。出于成本预算的考虑，一些传统机床，例如钻床和磨床等，可以方便用传统刀具完成。通常工程图纸也在车间里的工程信息通信中扮演重要角色。正交投影工程图纸可以从 件尺寸自动工具同样由商业 而，就像有 些尺寸工具不能够 根据图纸标准和工厂通常采用的工程方法来生成尺寸。 在注射模具的特殊要求中，孔特征的基准尺寸（或坐标尺寸）应用得非常广泛。图 1展示了一张在一个模具制造公司的工厂中可以找到的典型详细的图纸。在图中表明了孔特征和用来规定这些孔位置的基准尺寸。可以发现这些尺寸显得非常拥挤，并且人工的来确定这些基准尺寸的位置是非常繁重的工作。最终这张满带尺寸的图纸的质量很大程度上依赖于这张图纸绘图员的经验。这项研究的目的是发明一种能够从一个给定的注射模具的零件上自动的产生基准尺寸。尺寸结果必须满足两个要求：第一，任意两个尺寸标记不能 够重叠；第二，尺寸标记必须尽可能的接近被测特征。这个问题的关键是研究一种使基准尺寸位置的最优化的方法。 在规定机械零件或组装特征的大小或位置信息中尺寸标记和公差分析是两个非常接近的工作，并且大多数的研究工作都集中于公差上。公差的主要研究问题是显示、分析和合成。公差显示与把公差信息合并产品模型草图中相关。实例中包括由 明的实体偏移法、 可行性空间法和 。在 文章中有更加详细的观点。公差分析的目的是确定公差中 决定零件公差的合并效果。它被用来证实已知或猜想的给定设计单个零件尺寸变化的功能性。公差分析的技术实例包括 的主要观点是综合合成或公差分配，它是用来确定基于给定装配的功能性要求的零件公差。最近， 时发表了一个工程方法来解决这个问题。从工程性考虑，根据不同用户需求和技术需求在系统的分析功能性需求基础上，提出了一种解决尺寸需求的方法。 件也是用来支持实现这种方法。 功能需求或尺寸基础中提供用来代表功能需求、尺寸、公差或过程能力的工具。在这个基础上 ，这种获取的函数方程被分成若干组，并且每组都用来解决所涉及到的函数需求和公差问题的专一方法策略。在公差公差分析和合并中更多详细的观点可以在 文章中找到。 从一个 立体几何学实体模型技术上的零件自动显示尺寸上 实体模型上提取一些来自二维表面和剪切剪切圆柱上的点。这些点的坐标被安排在一个树型结构上来产生线性尺寸，并刊登了一个为直径和半径尺寸的简单例子。其他早期的自动尺寸方面的工作由 结了。最 近， 们的方法是分析多余尺寸，对称特性的尺寸草图。，选择适当的视角来规定尺寸，并且用一种专业级系统的方法来确定尺寸定位。这个专业级系统分析被测特征的几何形状和布局，并且确定一个合适的位置来放置一个基于一套规则的相关被测特征的尺寸。在一个尺寸位置完成后，构造一个禁区使所有随后的尺寸不会放在此区域中。这就避免了两个尺寸的重叠或交叉。 现存的尺寸放置方法是有限的，取决于这个方法的自然连续性。例如，在 征的测量是被优先考虑的，但尺寸的位置是随后考 虑的。这种方法不适合确定坐标尺寸的位置，特别是在注射模具表面尺寸非常拥挤的情况下。这是因为一个基准尺寸的位置影响到其他尺寸的位置。这篇文章讲述了我们在解决坐标尺寸位置方面的工作。使用了动态程序方法使其最优化，这种新的方法克服了在现存方法中连续方法的限制。 征位置通过特征的参考位置和参考基准的水平和垂直距离来确定。基准尺寸的缺省形式在图 2a 中表示。当被测两特征的垂直距离小于尺寸标记大小（尺寸文本高度的和和相邻两尺寸文本的最小空间） ,图 2b 中的被选形式就需要了。为了防止不重叠，这个尺寸标记则 从缺省位置向上或向下转换。就像图 2c 中，尺寸标记的转换是尺寸的单一延长线打断成了三个部分：被一个倾斜部分相连的两个水平部分。通过三个参数使尺寸标记的范围能够变换调整：（ i）倾斜部分和尺寸线的水平部分的折角 ；（ 寸文本和零件边缘距离 m；（ 征 （ 1） 4 自动基准尺寸 自动基准尺寸的目的是寻找一种使每个基准尺寸位置都达到最优的方法。每个过程包括两个阶段：准备阶段和最优化阶段。在准备阶段， 使最优化过程得到简化的主要参数将被建立。所有特征使用给出的折角、边缘偏移和尺寸标记大小将会进行尺寸位置的可行化测试。在最优化阶段，使用的是动态程序方法。尺寸标记位置 最优化是在最重不同的基准系列，包括从他们的缺省位置中每个尺寸转移的最小量，或者从缺省形式使用的尽可能多的最大量。 被测特征首先被分成一个或更多的特征系列。对于一个特征系列的每一个特征来说，在此特征系列中至少存在另一个特征以便使他们之间的垂直距离小于尺寸标记的大小。换句话说，在一个特征系列中的所有特征，没有重叠的情况下在相邻两尺寸标记不能用缺省的专用形式测量 。相反，至多一个特征能用一个叫做尺寸块的特征相关联。尺寸快的构造涉及到每个在尺寸块中的基准尺寸的形式和位置。对于一个尺寸块的每个位置，它的 构造是唯一确定的。图 3表示在两个构造中的两个特征系列和它们的尺寸块 定义 1：构造的正确性。假如在一个尺寸块中任意两个尺寸标记间没有重叠，并且每个尺寸标记位于它们的末端位置，则这个尺寸块的构造就是正确的。 在图 3 4表示的两个尺寸块是不正确的。因为在图 4 4尺寸要求的位置标记在它之下。 定义 2：构造末端。有两种构造末端：最高构造和最低构造。假如一个尺寸是正确的，并且任何再高点（或低点）的 位置 都是不正确的构造则称此尺寸块是最高（或最低）构造。尺寸块 图 5为 不能再向上移动了。图 5为 不能向下移动了。 尺寸块的末端构造有两个在最优化阶段所应用的重要参数。在两个尺寸标记中没有任何重叠的情况下，看测量所有特征是否可行的过程中，这两个参数是非常 有用的。 在形成一种测量末端构造中可以看到这两个参数是非常有用的。 特点 1：在一个尺寸标记处于它的最高（或最低）的位置上，最少有一个尺寸标记处于最高（或最低）的位置。 特点 2：只要尺寸块有末端构造，则它就是不正确的。 特点 1可以由反证法证明。假如一个尺寸处于它的最高（或最低）构造上，并且没有尺寸标记处于最高（或最低）位置。因此所有它的尺寸标记都不处于 它们的最高（或最低）位置，它们能够同时向上（或向下）移动相同距离直到它们中的任意一个达到了最高（或最低）位置上。因为所有的尺寸标记都是同时移动了相同的距离，尺寸标 记就不会重叠，并且因此构造结果仍然是正确的，并且在一个比它初始构造更高点（或低点）的位置上。这就违反了初始构造处于最高或最低的假设。 特点 2可以直接证明。给定的一个正确构造、尺寸块移动更高（或低）直到一个或更高的尺寸标记达到最高（或最低）位置。因此所有尺寸标记 都同时移动相同距离，重叠也不会发生。另外，因为至少它的一个尺寸标记达到最高（或最低）位置，尺寸块在没有不正确构造的情况下，尺寸块不能被移动更高（或更低）。根据定义 2，构造的结果也是最高（或最低）位置。另一方面，尺寸块是否有末端构造就很明显了，因为末端构 造定义是正确的所以该尺寸块就是正确构造。 特点 1表明尺寸块的末端构造可以由通过观察块中的尺寸标记的末端位置的方法获得。尺寸块的构造可以通过 规定， i=1， 2， 3， n，i 个特征的尺寸标记的位置。这说明了 按照他们的垂直上升顺序排布的（假如 i j，则 。然 而，为了避免尺寸标记的重叠，第 1)1( Z ； n i 2 （ 2） 式中 1y 是该系列中的第一个特征（ 1f ）尺寸标记的位置。 1y 也同样被用作尺寸块的参考位置。 如果构造是正确的，通过式（ 1）得出所有尺寸标记必须位于其自己最高位置的下端，如下： 因此 1m a x )1( Z i 以上关系必须通过所有 此，最高允许值通过 1y 给出： )1( m a x S I Z in （ 3） 1y 的值通过式（ 2）给出，一个或更多的 等于 所有其他的 小于它的没有更大的 1y 值因此构造满足 假如 正确，这个最终构造就是它的最高构造。然而，在此构造中通过式（ 2）给出的此，每个如所有的 i 的这个最高构造成立。假如一些 i 的 ，则这个 构造成立就是不正确的，并且没有最高位置成立。通过特性 2 特征系列 存在任何正确构造。 为了寻找最低位置，对于所有 低允许值 )1( m I Z ax 对于一个零件来说，它的尺寸块是多样化的，假如所有尺寸块中的两个末端构造能够成功建立，则在每个没有任何重叠尺寸块中放置尺寸标记就是可行的。然而，一个尺寸块中的一个尺寸标记可能与另一个尺寸块中的尺寸标记重叠。因此下一步就是测试所有没有任何重叠的尺寸块的放置是否可行。下面所讲的特点 3在解释这个测试过程就是十分有用的。 特点 3：在一个尺寸块中的两个末端构造之间通常建立一个正确的构造。 在特点 3中很容易发现，从最低位置开始，在尺寸块中的尺寸标记能够同时移动相同的距离，以使它的尺寸标 记能够达到它的最高位置。根据定义 1，此位置的构造是正确的，当它的一个尺寸标记 达到了最高位置，就达到了尺寸块的最高位置。 为了测试放置没有重叠的所有尺寸块的可行性，一个特征系列的所有特征首先参考 后所有特征系列根据它们的第一个特征 一个尺寸块 1d 被放置在它们最低构造 位置。 对于第二 个特征系列，假如 1d 的顶端高，尺寸块 2d 也被放置在它们最低构造 位置， 否则 在 范围内 2d 放在 1d 的顶端。根据特点 3，对于 2d 后者也是正确构造。否则， 2d 作为正确的构造在没有与尺寸块 1d 重叠的情况下也不能够建立。对于下个尺寸块来说是一个重复的过程，直到所有正确的尺寸块都已建立，否则无论对于一个尺寸块正确的构造不能建立的话都将中止。 在准备阶段之后，每个尺寸块的边缘构造已经建立，并且使在一个尺寸块和两个相邻尺寸块确定避免。使用一种动态工程方法来确定每个尺寸块最优构造。像上面假设一样，根据尺寸块的参考位置用上升顺序来挑选尺寸 块。 确定尺寸块构造的过程被分为i=1， 2，3， n，在第 每个联系。换句话说，状态第 取第费用通过一个总的费用函数来反映，它是通过下式给出： )(),()( ,11,1, ),( ,1, 是费用函数用来反映：（ i）在独立的状态 和 1 的情况在两尺寸块 1相互作用；（ 寸块 尺寸块 寸块区由用户规定，并且禁区通常为由用户放置的其他尺寸标记的区域，因此不允许把尺寸标记放置在远的地方。最优的解决方法从 )(, 个步骤系列1， 2， 3， n 使最优化得以提高，同时这一系列构造使尺寸标记的放置位置得到最优化。 通过特点 3，一个尺寸块此每一步都有无数种选择。为了使动态工程方法起作用，必须使用离散化使无数的状态每个散化最简单的方法是从 种方法对利用计算机资源来说不是一个有效的方法。这是因为尺寸块 以很大限度的改变， 从式 1中可以明显的看出尺寸块很少值的 有合适数量的状态下，那些有较大范围的尺寸块会得到近似的解决方法。另 一方面，对于一个有很大范围的尺寸块来说，就像大多数在两边缘构造的正确构造将在它们的尺寸块重叠。通过一个例子最好的解释：假如在尺寸块尺寸块似的问题在最低构造上。因此，对于每个尺寸块个合适的范围，由 )(,( m a xm a Z i i n )(,( m a x Z i i n 式中用这种可行的范围定义，那些在两相邻尺寸块之间经常导致重叠的构造从可行范围内排除。 一个阶段的费用和费用函数 ),(,1, 都是矢量和矢量值函数。一个费用矢量包括按重要性由高到低排列的 5个部分i=1， 2， 3， 5。动态的实施阶段要求最小的费用选择，因此必须在两矢量间进行对比。两个费用函数通过比较它们的组成来比较。比较 从认为最重要的第一部分开始。假如 两矢量的第一部分相等，则比较认为是次重要的下一部分。当相关联的两部分不相等时就停止比较。在费用矢量尖的比较是建立在不相等的第一对部件上的。 费用函数 ),(,1, 的第一组成部分等式 ),(,1, 应该减少相邻两尺寸块下式给出： m (),(),( ,1,1,1 式中如果在,(,1, =0。如果有重叠，则 ),(,1, 就是一个很大的值。费用函数 )(,关联的尺寸块)(,)( ,0；如果有重叠，则 )( ,是一个很大的值。 接下来的四个等式432 , 分配四个可选 的亚费用函数，这些函数根据 四个不同的基准通过返回值来反映构造的。432 , 就给了用户的可行性来决定准则的重要联系。 要求尺寸块放置在特征的中间部分能够被测缺省构造测量的位置，这就认为是尺寸块的缺省构造。亚费用函数 )(, 个偏移值可以从特征的平均位置上来测量，并且是第 )( , , 式中在第 j 个构造上尺寸标记的位置， 是所有尺寸标记和特征的数量。 在 )(, 能通过费用函数 ),(,1, 来确定。因为在每两个状态下偏移的数是确定的费用函数是仅建立在能够给出相同费用的可选费用函数)( ,的，可以忽略这个问题。可以分配到另一个可以给出一个较低状态费用函数的部件等式。假如尺寸块不在它的缺省状态， )(, ，否则取 0。 可能要求由用户规定一个可行范围的百分比来限制尺寸块由缺省位置偏移 的范围。亚费用函数 )(, 如 )(, tDp ， 则 )(, ，否则为 0。 当两个相邻尺寸块在它们的缺省位置重叠，某个值 a，则在此重叠中向上移动且向下移动到1离为1中ia=a 。其中要求就要求两尺寸块移动量相等。亚费用函数 )(, 为这仅是测量移动值不是相邻尺寸块移动值的分配。 )(, 两相邻尺寸块 移动值的范围通过下式设置不同值： )()(),( ,1,1, 这四个可选的亚费用函数可以由用户自由的选择，安排第二到第五部分来达到目的。在下一部分中，通过例子来说明选择不同的亚费用函数达到不同的结束。 合适的最优化方法已经被执行，并且通过 了说明亚费用函数的作用，思考图 6中的作用。图 6中有 5个尺寸块，所有尺寸块都处于它们的缺省构造，并且在 1d 和 2d 之间， 4d 和5d
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