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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CAD/CAM系统提供了半自动工具来协助设计者进行尺寸确定,但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CAD/CAM系统中,并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CAD/CAM系统现在在塑料模具注射制造业应用非常广泛,许多公司可用一种实体模拟系统来设计注射模具。他们用CAD系统来设计,不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CAD网络通信的发展,注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CAD/CAM和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CAD模型中自动产生。零件尺寸自动工具同样由商业CAD系统提供。然而,就像有CHEN指出的,那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。2相关工作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REQUICHA发明的实体偏移法、TURNER的可行性空间法和DESROCHER和DLEMENT的TTRS法。在ROY和YU的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MONTE,CARLO总结和指出的线性方法。它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,ISLAM同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。FDT软件也是用来支持实现这种方法。FDT向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ROY、NGOI、ONG,HONG和CHANG的文章中找到。从一个CAD模型中自动的产生尺寸的方法已经被提出。在立体几何学实体模型技术上的零件自动显示尺寸上YUEN做过一些早期的尝试。从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YU总结了。最近,CHEN发表了一个更加在自动尺寸方面具有深度的研究。他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CHEN的方法中,特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。3在基准尺寸中,特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Α;(II)尺寸文本和零件边缘距离M;(III)特征IF的位置MAXIY和最低位置MINIY由下式给出MAXIYTANMXYFIFIMINIYTANMXYFIFI(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。41准备阶段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3B中表示的尺寸块就是正确的。图4表示的两个尺寸块是不正确的。因为在图4A中的尺寸标记有重叠所以不正确,图4B的构造中,1400尺寸标记的延伸线的位置太高,而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ID的末端构造取决于MAXIY和MINIY。图5A里的构造处于它的最高构造。因为295是它的最高位置,它不能再向上移动了。图5B表示的是最低构造,因为1400是它的最低位置,它不能向下移动了。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。
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