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I 2001) 18: 784789 2001 i l i mi t l a m p i n g D e s i g n A p p r o a c h f o r A u t o m a t e d F i x t u r e D e s i g C e c i r t nt er pr i s e i , I t r i i t t at e s i t y, r t hi s an i i ve cl ng gn i i n t he of xt gn i t i cl ng gn i i i i on ng cl nt s on a gi s be i ed i n i on wi t h a l gn t o d t he ni ng t o t i on t he l y wi t h o t he t i ng t ai l ed st gi f or ri c ng t t ne f bl e cl f t i s i AD i f i i ed ni l or nt s el Cl a mp i n g ; Fi x t u r e d e s i g Mo t i v a t i o n a n d Ob j e c t i v e x t u r e d e s i g n i s a n i mp o r t a n t t a s k , wh i c h i s a n i n t e g r a t i o n l i n kb e t we e n d e s i g n a n d ma n u f a c t u r i n g a c t i v i t i e s . Th e a u t o ma t i o n o fx t u r e d e s i g n a c t i v i t i e s a n d t h e d e v e l o p me n t o f c o mp u t e r - a i d e dx t u r e d e s i g n ( me t h o d o l o g i e s a r e k e y o b j e c t i v e s t o b ea d d r e s s e d f o r t h e s u c c e s s f u l r e a l i s a t i o n o f n e x t g e n e r a t i o n u f a c t u r i n g s y s t e I n t h i s p a p e r , a c l a mp d e s i g n a p p r o a c hi s d i s c u s s e d , wh i c h f a c i l i t a t e s a u t o ma t i o n i n t h e c o n t e x t o f a ni n t e g r a t e d x t u r e d e s i g n me t h o d o l o g y a mp d e s i g n a p p r o a c h e s h a v e b e e n t h e f o c u s o f s e v e r a lr e s e a r c h e f f o r t s . Th e wo r k o f Ch o u 1 f o c u s e d o n t h e t wi nc r i t e r i a o f wo r k p i e c e s t a b i l i t y a n d t o t a l r e s t r a i n t r e q u i r e me n t e u s e o f a r t i c i a l i n t e l l i g e n c e ( a p p r o a c h e s a s we l l a se x p e r t s y s t e m a p p l i c a t i o n s i n x t u r e d e s i g n h a s b e e n wi d e l yr e p o r t e d 2 , 3 . Pa r t g e o me t r y i n f o r ma t i o n f r o m a mo d e lh a s a l s o b e e n u s e d t o d r i v e t h e x t u r e d e s i g n t a s k . Bi d a n d a 4 d e s c r i b e d a r u l e - b a s e d e x p e r t s y s t e m t o i d e n t i f y t h e l o c a t i n ga n d c l a mp i n g f a c e s f o r r o t a t i o n a l p a r t s . Th e c l a mp i n g me c h -a n i s m i s u s e d t o p e r f o r m b o t h t h e l o c a t i n g a n d c l a mp i n . l , Vi r t nt er pr i s i , I t r i i t t at e s i t y, r 8003, E- l :j l u. u n c t i o n s . Ot h e r r e s e a r c h e r s ( e . g . o r e t a l . 5 , 6 ) h a v ea n a l y s e d t h e c u t t i n g f o r c e s a n d b u i l t me c h a n i s t i c mo d e l s f o rd r i l l i n g , a n d o t h e r me t a l c u t t i n g p r o c e s s e s . Ka n g e t a l . 2 d e n e d a s s e mb l y c o n s t r a i n t s t o mo d e l s p a t i a l r e l a t i o n s h i p sb e t we e n mo d u l a r x t u r e e l e me n t s . Se v e r a l r e s e a r c h e r s h a v ee mp l o y e d mo d u l a r x t u r i n g p r i n c i p l e s t o g e n e r a t e x t u r ed e s i g n s 2 , 7 1 1 . Ot h e r x t u r e d e s i g n e f f o r t s h a v e b e e nr e p o r t e d i n 1 , 3 , 9 , 1 2 2 3 . An e x t e n s i v e r e v i e w o f x t u r e d e s i g nr e l a t e d wo r k c a n b e f o u n d i n 2 1 , 2 4 .I n Se c t i o n 2 , t h e v a r i o u s s t e p s i n t h e o v e r a l l a p p r o a c h t oa u t o ma t e t h e c l a mp i n g d e s i g n t a s k a r e o u t l i n e d . Se c t i o n 3d e s c r i b e s t h e d e t e r mi n a t i o n o f t h e c l a mp s i z e t o h o l d a wo r k -p i e c e d u r i n g ma c h i n i n g a n d i n Se c t i o n 4 , t h e a u t o ma t i c d e t e r n a t i o n o f t h e c l a mp i n g s u r f a c e o r f a c e r e g i o n o n a wo r k p i e c ei s d e t a i l e d . Se c t i o n 5 d i s c u s s e s t h e d e t e r mi n a t i o n o f t h e c l a i n g p o i n t s o n a wo r k p i e c e Ov e r a l l Ap p r o a c h t o Cl a e s i g nI n t h i s s e c t i o n , t h e o v e r a l l c l a mp i n g d e s i g n a p p r o a c h i sd e s c r i b e d . Cl a mp i n g i s u s u a l l y c a r r i e d o u t t o h o l d t h e p a r t i na d e s i r e d p o s i t i o n a n d t o r e s i s t t h e e f f e c t s o f c u t t i n g f o r c e s a mp i n g a n d l o c a t i n g p r o b l e ms i n x t u r e d e s i g n a r e h i g h l yr e l a t e d . Of t e n , t h e c l a mp i n g a n d l o c a t i n g c a n b e a c c o mp l i s h e db y t h e s a me me c h a n i s m. Ho we v e r , f a i l u r e t o u n d e r s t a n d t h a tt h e s e t wo t a s k s a r e s e p a r a t e a s p e c t s o f x t u r e d e s i g n ma y l e a dt o i n f e a s i b l e x t u r e d e s i g n s . Hu ma n p r o c e s s p l a n n e r s g e n e r a l l yr e s o l v e t h e l o c a t i n g p r o b l e m r s t . Th e a p p r o a c h d e v e l o p e d c a r k i n c o n j u n c t i o n wi t h a l o c a t o r d e s i g n s t r a t e g y . Ho we v e r ,t h e o v e r a l l l o c a t o r a n d s u p p o r t d e s i g n a p p r o a c h i s b e y o n d t h es c o p e o f t h i s p a p e r mo d e l s o f t h e p a r t d e s i g n ( f o r wh i c h t h e c l a mp d e s i g nh a s t o b e d e v e l o p e d ) , t h e t o l e r a n c e s p e c i c a t i o n s , p r o c e s ss e q u e n c e , l o c a t o r p o i n t s a n d d e s i g n , a mo n g o t h e r f a c t o r s , a r et h e i n p u t s t o t h e c l a mp d e s i g n a p p r o a c h . Th e p u r p o s e o fc l a mp i n g i s t o h o l d t h e p a r t s a g a i n s t l o c a t o r s a n d s u p p o r t s e g u i d i n g t h e me u s e d i s t o t r y n o t t o r e s i s t t h e c u t t i n g o c h i n i n g f o r c e s i n v o l v e d d u r i n g a ma c h i n i n g o p e r a t i o n t h e r , t h e c l a mp s s h o u l d b e p o s i t i o n e d s u c h t h a t t h e c u t t i n gf o r c e s a r e i n t h e d i r e c t i o n t h a t wi l l a s s i s t i n h o l d i n g t h e p a r ts e c u r e l y d u r i n g a s p e c i c ma c h i n i n g o p e r a t i o n . By d i r e c t i n 85t h e c u t t i n g f o r c e s t o wa r d s t h e l o c a t o r s , t h e p a r t ( o r wo r k p i e c e )i s f o r c e d a g a i n s t s o l i d , x e d l o c a t i n g p o i n t s a n d s o c a n n o v e a wa y f r o m t h e l o c a t o r s e c l a mp d e s i g n a p p r o a c h d i s c u s s e d h e r e mu s t b e v i e we di n t h e c o n t e x t o f t h e o v e r a l l x t u r e d e s i g n a p p r o a c h . Pr i o rt o p e r f o r mi n g l o c a t o r / s u p p o r t a n d c l a mp d e s i g n , a p r e l i n a r y p h a s e i n v o l v i n g a n a l y s i s a n d i d e n t i c a t i o n o f f e a t u r e s ,a s s o c i a t e d t o l e r a n c e s a n d o t h e r s p e c i c a t i o n s i s n e c e s s a r y s e d o n t h e o u t c o me o f t h i s p r e l i mi n a r y e v a l u a t i o n a n dd e t e r mi n a t i o n , t h e l o c a t o r / s u p p o r t d e s i g n a n d c l a mp d e s i g n c a nb e c a r r i e d o u t . Th e c l a mp d e s i g n a p p r o a c h d e s c r i b e d i n t h i sp a p e r i s d i s c u s s e d b a s e d o n t h e a s s u mp t i o n t h a t l o c a t o r / s u p p o r td e s i g n a t t r i b u t e s h a v e b e e n d e t e r mi n e d e a r l i e r ( t h i s i n c l u d e sd e t e r mi n a t i o n o f a p p r o p r i a t e l o c a t o r a n d s u p p o r t f a c e s o n r k p i e c e a s we l l a s i d e n t i c a t i o n o f l o c a t o r a n d s u p p o r tx t u r i n g e l e me n t s s u c h a s V- b l o c k s , b a s e p l a t e s , l o c a t i n gp i n s , e t c ) 1 I s t o Cl e i n p u t s i n c l u d e t h e wi n g e d - e d g e mo d e l o f t h e g i v e n p r o d u c td e s i g n , t h e t o l e r a n c e i n f o r ma t i o n , t h e e x t r a c t e d f e a t u r e s , t h ep r o c e s s s e q u e n c e a n d t h e ma c h i n i n g d i r e c t i o n s f o r e a c h o f t h ea s s o c i a t e d f e a t u r e s i n t h e g i v e n p a r t d e s i g n , t h e l o c a t i o n f a c e sa n d l o c a t o r d e v i c e s , a n d t h e ma c h i n i n g f o r c e s f o r t h e v a r i o u sp r o c e s s e s r e q u i r e d t o p r o d u c e e a c h c o r r e s p o n d i n g f e a t u r e 2 Cl t r at e ma i n s t e p s i n t h e a u t o ma t i o n o f t h e c l a mp i n g d e s i g n t a s ka r e s u r i s e d i n Fi g . 1 . An o v e r v i e w o f t h e s e s t e p s i sa s f o l l o St e p 1 . Co n s i d e r t h e s e t - u p i n t h e s e t - u p c o n g u r a t i o n l i s ta l o n g wi t h t h e a s s o c i a t e d p r o c e s s f e a t u r e e n t r i e s e p 2 . I d e n t i f y t h e d i r e c t i o n a n d t y p e o f c l a mp i n g . Th e i n p u t sr e q u i r e d a r e t h e ma c h i n i n g d i r e c t i o n v e c t o r s , ,. . . , a n d i d e n t i e d n o r ma l v e c t o r s o f s u p p o r t f a c e I ft h e ma c h i n i n g d i r e c t i o n s a r e d o wn wa r d ( wh i c h c o r r e s p o n d t ot h e d i r e c t i o n v e c t o r 0 , 0 , 1 ) , a n d t h e n o r ma l v e c t o r o f t h es u p p o r t f a c e i s p a r a l l e l t o t h e ma c h i n i n g d i r e c t i o n , t h e n t h ed i r e c t i o n o f c l a mp i n g i s p a r a l l e l t o t h e d o wn wa r d ma c h i n i n gd i r e c t i o n 0 , 0 , 1 . I f s i d e wa y s c l a mp i n g i s r e q u i r e d , a n d i ft h e r e a r e n o f e a s i b l e r e g i o n s a t wh i c h t o p o s i t i o n a c l a mp f o rd o wn wa r d c l a mp i n g , t h e n a s i d e - c l a mp d i r e c t i o n i s o b t a i n e da s f o l l o Le t sv a n d t v b e t h e n o r ma l v e c t o r s o f t h e s e c o n d a r y( a n d t e r t i a r y (t v ) l o c a t i n g f a c e s . Th e n , t h e d i r e c t i o n o fc l a mp i n g u s e d b y a s i d e - c l a mp i n g me c h a n i s m s u c h a s a v -b l o c k s h o u l d b e p a r a l l e l t o b o t h t h e s e n o r ma l v e c t o r s , i . e . t h en o r ma l v e c t o r s o f t h e e a c h o f t h e v - s u r f a c e s i n t h e v - b l o c l l b e p a r a l l e l t o sv a n d t v , r e s p e c t i v e l y . Th e s i d e c l a mp i n gf a c e s h o u l d b e a p a i r o f f a c e s p a r a l l e l t o t h e f a c e s sv a n dt v , r e s p e c t i v e l y e p 3 . De t e r mi n e t h e h i g h e s t ma c h i n i n g f o r c e f r o m t h e ma c h -i n i n g f o r c e s l i s t ( f o r e a c h f e a t u r e ) i = 1 , . . . , n ) . Th i s wi l lb e t h e e f f e c t i v e f o r c e FE t h a t mu s t b e b a l a n c e d wh i l e d e s i g n i n gt h e c l a mp f o r t h i s s e t - u p St e p 4 . Us i n g t h e v a l u e o f t h e c a l c u l a t e d h i g h e s t ma c h i n i n gf o r c e t h e d i me n s i o n s o f t h e c l a mp t o b e u s e d t o h o l d t h 1. cl i gn i vi t i wo r k p i e c e c a n b e d e t e r mi n e d ( f o r e x a mp l e , a s t r a p c l a mp c a nb e u s e d a s a c l a mp i n g me c h a n i s m) . Th e a p p r o a c h f o r t h i s t a s ki s e x p l a i n e d i n Se c t i o n 3 e p 5 . De t e r mi n e t h e c l a mp i n g f a c e o n a g i v e n wo r k p i e c e i s s t e p c a n b e a u t o ma t e d a s d e s c r i b e d i n Se c t i o n 4 e p 6 . Th e a c t u a l p o s i t i o n o f t h e c l a mp o n t h e c l a mp i n gf a c e i s d e t e r mi n e d i n a n a u t o ma t e d ma n n e r a s e x p l a i n e d i c t i o n 5 n s i d e r n e x t s e t - u p SU(i + 1 ) a n d p r o c e e d t o s t e p 1 De t e r mi n a t i o n o f t h e Cl a i z eI n t h i s wo r k , t h e c l a mp s u s e d b e l o n g t o t h e f a mi l y o f c l a mp sr e f e r r e d t o a s s t r a p c l a mp s . A s t r a p c l a mp i s b a s e d o n t h es a me p r i n c i p l e a s t h a t o f t h e l e v e r ( s e e Fi g . 2 ) . I n t h i s s e c t i o n ,t h e a u t o ma t e d d e s i g n o f a s t r a p c l a mp i s d e s c r i b e d . Th ec l a mp i n g f o r c e r e q u i r e d i s r e l a t e d t o t h e s i z e o f t h e s c r e w o ra t h r e a d e d d e v i c e t h a t h o l d s t h e c l a mp i n p l a c e . Th e c l a mp i n gf o r c e s h o u l d b a l a n c e t h e ma c h i n i n g f o r c e t o h o l d t h e wo r k p i e c ei n p o s i t i o n . Le t t h e c l a mp i n g f o r c e b e W a n d t h e s c r e wd i a me t e r b e d . Th e d i me n s i o n s o f t h e v a r i o u s s c r e w s i z e s f o rv a r i o u s c l a mp i n g f o r c e s c a n b e d e t e r mi n e d i n t h e f o l l o wi n n n e r . I n i t i a l l y , t h e u l t i ma t e t e n s i l e s t r e n g t h ( o f t h t e r i a l o f t h e c l a d e p e n d i n g o n a v a i l a b i l i t y ) c a n b er e t r i e v e d f r o m a d a t a l i b r a r y . Va r i o u s ma t e r i a l s h a v e d i f f e r e n tt e n s i l e s t r e n g t h s . Th e s e l e c t i o n o f t h e c l a mp ma t e r i a l c a n a l s ob e p e r f o r me d d i r e c t l y u s i n g h e u r i s t i c r u l e s . Fo r e x a mp l e , i f t h ep a r t ma t e r i a l i s mi l d s t e e l , t h e n t h e c l a mp ma t e r i a l c a n b e l o . 2. s t r ap cl c a r b o n s t e e l o r ma c h i n e s t e e l . To d e t e r mi n e t h e d e s i g n s t r e s s ,t h e v a l u e c a n b e d i v i d e d b y a s a f e t y f a c t o r ( s u c h a s 4o r 5 ) . Th e r o o t a r e a A1 o f t h e s c r e w ( f o r a c l a mp s u c h a sa s c r e w c l a c a n t h e n b e d e t e r mi n e d : Cl a mp i n g f o r c er e q u i r e d / De s i g n St r e s s . Su b s e q u e n t l y , t h e f u l l a r e a FA o ft h e b o l t c r o s s - s e c t i o n c a n b e c o mp u t e d a s e q u a l t o ( 6 5 %) ( s i n c e t h e r o o t a r e a o f t h e s c r e w wh e r e s h e a r i n g c a n o c c u r i sa p p r o x i ma t e l y 6 5 % o f t h e t o t a l a r e a o f t h e b o l t ) . Th e d i a me t e ro f t h e s c r e w d c a n t h e n b e d e t e r mi n e d b y e q u a t i n g FA t o( 3 . 1 4 4 ) . An o t h e r e q u a t i o n wh i c h c a n b e u s e d i n v o l v e sr e l a t i n g t h e wi d t h B, h e i g h t H a n d s p a n L o f t h e c l a mp t o t h es c r e w d i a me t e r d (B, H, a n d L c a n b e c o mp u t e d f o r v a r i o u sv a l u e s o f d ) : 4 / 3 T h e De t e r mi n a t i o n o f t h e Cl a mp i n gF a c e r e q u i r e d i n p u t s t o d e t e r mi n e t h e c l a mp i n g r e g i o n i n c l u d et h e mo d e l o f t h e p r o d u c t , t h e e x t r a c t e d f e a t u r e s i n f o r t i o n , t h e f e a t u r e d i me n s i o n s a n d f a c e s o n wh i c h t h e y o c c u r ,t h e l o c a t i n g f a c e s a n d l o c a t o r s s e l e c t e d . Co n s i d e r a p o t e n t i a lc l a mp i n g f a c e a s s h o wn i n Fi g . 3 . Th e c r u c i a l c r i t e r i o nt o b e s a t i s e d i s t h a t t h e c l a mp i n g s u r f a c e s h o u l d n o t o v e r l a po r i n t e r s e c t wi t h t h e f e a t u r e s o n t h a t f a c e , a s s h o wn i n Fi g . 4 e c l a mp i n g s u r f a c e a r e a , wh i c h i s i n c o n t a c t wi t h t h r k p i e c e s u r f a c e ( o r i s a 2 D p r o l e c o n s i s t i n g o f l i n es e g me n t s ( s e e Fi g . 6 ) . By u s i n g l i n e s e g me n t i n t e r s e c t i o n t e s t s ,i t c a n b e d e t e r mi n e d wh e t h e r t h e p o t e n t i a l c l a mp i n g a r e a o fc o n t a c t o v e r l a p s a n y o f t h e f e a t u r e s o n t h e g i v e n e d e t e r mi n a t i o n o f c l a mp i n g f a c e s c a n b e a u t o ma t e d a s f o l -l o 3. i al cl ng f f ur e pr ol 4. i al cl ng f cl pr ol e p 1 . I d e n t i f y f a c e s t h a t a r e p a r a l l e l t o t h e s e c o n d a r y a n dt e r t i a r y l o c a t o r f a c e s (l f 1 a n d l f 2 ) a n d a t t h e f a r t h e s t d i s t a n c ef r o m l f 1 a n d t r e s p e c t i v e l y . Th i s i s p e r f o r me d a s s h o e l o w:(a ) I d e n t i f y f a c e s t t cj s u c h t h a t t ci i s p a r a l l e l t o l f 1 a n dt cj i s p a r a l l e l t o l f 2 .(b ) I n s e r t c a n d i d a t e f a c e s t ci i n l i s t c ) By e x a mi n i n g a l l f a c e s t ci l i s t e d i n d e t e r mi n e f a c e st ci a n d t cj t h a t a r e f a r t h e s t f r o m f a c e l f 1 a n d l f 2 , r e s p e c t -i v e l y , a n d d i s c a r d a l l o t h e r f a c e s f r o m l i s t e p 2 . I d e n t i f y t h e f a c e t h a t i s p a r a l l e l t o t h e l o c a t i o n f a c e sb u t n o t a d j a c e n t t o t h e a d d i t i o n a l l o c a t o r f a c e s . I t i s p r e f e r a b l et o s e l e c t a c l a mp f a c e t h a t d o e s n o t h a v e t o s h a r e t h e a d j a c e n tp e r p e n d i c u l a r f a c e wi t h a l o c a t o r . Th i s s t e p c a n b e a u t o ma t e da s s h o wn b e l o w:(a ) Co n s i d e r e a c h f a