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塑料注塑成型模塑的自動化裝配組件 摘要 一個注射成型機(jī)是一個包含了產(chǎn)品生產(chǎn)部分和與之相關(guān)的非生產(chǎn)部分自動化裝配組 件 本篇論文論述了注射成型模塑的兩個關(guān)鍵的裝配組件 顧名思義 它們是由計算機(jī)設(shè) 計出來 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)計允許設(shè)計者忽略一個模 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)計者提供了一次設(shè) 計裝配的機(jī)會 一個系統(tǒng)的簡單幾何方法通常意欲在相同的條件下推斷出一個客觀配件在 裝配組件中的位置 而在這種粗略設(shè)計和系統(tǒng)簡單的幾何方法的基礎(chǔ)上 模塑自動化裝配 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)計出來的 對于不同的模具形狀就需要有不同的模具布局與之對應(yīng) 一個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 這個任務(wù)是由包含了陽模 型腔 嵌件 一級頂出機(jī)構(gòu)的型腔系統(tǒng)完成的 一個型腔系統(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)部分的自動化裝配組件 生產(chǎn)部分的設(shè)計師在總結(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)計者設(shè)計的塑件生產(chǎn)部分 一個塑件的自動化的生產(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)計營 養(yǎng)重要 當(dāng)應(yīng)用 CAD 系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)品生產(chǎn)部分和所有的注射成型裝配組件時模具工業(yè)免領(lǐng) 著以下兩種困難 第一 在一個模具系統(tǒng)中往往有一百多個廠品生產(chǎn)部分 并且這些部分 之間互相聯(lián)系互相制約 對于模具設(shè)計者在一個裝配組件取向和安排這些組件時非常浪費 時間的 另外當(dāng)模具設(shè)計者大部分的時間用來思考實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)展一個模塑自動化裝 配組件顯得非常重要 在這篇論文中我們論述了模塑自動化組建的兩個關(guān)鍵因素 在計算 機(jī)中涉及一個模具生產(chǎn)部分和一個模具生產(chǎn)裝配組件 并且決定組成部分在一個裝配組件 中的位置和客觀取向 這篇論文簡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裝配組 件的一個不可缺少的設(shè)計 一個簡單的幾何方法被用來決定一個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化裝配組件的一個例子 2 相關(guān)的研究 關(guān)于模塑注塑這個課題 已經(jīng)在很多領(lǐng)域被廣泛研究 例如 動力機(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 一個幾 何裝配移動所有與之相關(guān)的部件沒有相應(yīng)的移動 邁克發(fā)明了一種支持包含了最基本信息 的數(shù)據(jù)庫的有等級差別的裝配組建系統(tǒng) 這些最基本的信息包含了兩個部件之間的墊片 這些 改型基體之際取決于與之相關(guān)的實體 但是這些有等級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)計者可以避免直 接定義這些改性機(jī)體 另外 一個部件位置的改變 將會隨著與之相連的任意一個部件的改動 而變動 存在著三種技術(shù)推斷計算一個部件在一個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)使用計算存在與空 間關(guān)系中任何一個部件的位置和取向 他們的方法包含了三個步驟 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 個等式與條件不符 18 個等式符合條件 6 個對任何 機(jī)體合適的等式 另外 2 個附加等式符合旋轉(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問題 這種技 術(shù)有兩個缺點 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算裝配組建中的每一個部件在兩個部件之間旋轉(zhuǎn)和 改觀方面所需要的空間關(guān)系 每一個部件存在著關(guān)于空間關(guān)系的 6 個轉(zhuǎn)變 3 個移動和三個旋 轉(zhuǎn) 這種技術(shù)需要大量的計算機(jī)程序應(yīng)用和數(shù)據(jù)計算 同樣他不能用來解決在任何時間出 現(xiàn)的所用問題 尤其是當(dāng)一個等式不能在程序中被重寫的時候 開若發(fā)明了一種能夠決定一個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 這是一個包含了一個 點 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)于這個圖表顯示了約束之間 的關(guān)系 經(jīng)試驗分析后確定一個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滿足一個物體同時解除約束 這考慮到不見自由運行的程 度 然后得出哪一種行為約束了部件的自由運行 在每異步結(jié)束的時候一種正確的方法被應(yīng)用 到確定裝配組建技術(shù)的計劃中 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)的報道 螺絲發(fā)明一種支持支持注射成型的設(shè)計系統(tǒng) 這個系統(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) 因為其他人的技術(shù)僅僅是建立在 AUTOCAD 的基礎(chǔ)上 所以只能用寫簡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化裝配組件的兩個關(guān)鍵技術(shù)是在計算機(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 在計算機(jī)中設(shè)計一個設(shè)計裝配組件 這個技術(shù)要求考慮到每一個部件的結(jié)構(gòu)和關(guān)系 這 種設(shè)計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 個整體的操作要求 另外 裝配組件的這種設(shè)計要求設(shè)計者在設(shè)計師必須滿足以下的要求 1 到模具設(shè)計者考慮到實際存在的物體水平時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)計必須能夠正確的表現(xiàn)出自動生產(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差別的模具被應(yīng)用在注射成 型技術(shù)中 一個裝配組件可以被分成很多集合裝配 這個集合裝配有包含了很多的構(gòu)件 因此 有等級差別的模具能夠分成合適的代表兩個構(gòu)件之間的結(jié)構(gòu) 一個等級差別的模具暗示了一 個明確的裝配組件組 另外 一個等級差別的膜具能夠直接表現(xiàn)出一個構(gòu)件對另一個構(gòu)件的依 賴 帶有表觀現(xiàn)象 要求設(shè)計者站在一個比實際應(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)計者超出 了這些細(xì)節(jié) 另外 他同樣也可以使設(shè)計者由于幾何形狀之間的關(guān)系筆可觀趨向的模具設(shè)計者 容易做出變動 沒有客觀取向設(shè)計者就要根據(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)計能夠給設(shè)計 者提供更高水平的組件物體 例如 當(dāng)模具設(shè)計者考慮到物體的真實水平時 如一個冷卻水孔 相關(guān)的客觀表象在計算機(jī)中表現(xiàn)出來 客觀取向模具設(shè)計是一個在考慮到現(xiàn)實事件中的模具技術(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)計程序和數(shù)據(jù)庫 另外 客觀取向代表了裝配組件制造時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)部分單個組件的設(shè)計師 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)計者制定 對于產(chǎn)品省唱本的設(shè)計 傳統(tǒng)的方法是設(shè)計者從目 錄冊中直接選擇所需要的模型 對這些選擇的產(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)計及浪費時間與錯誤百出 在我們所應(yīng)用的新的設(shè)計方 法中所有生產(chǎn)部分的設(shè)計數(shù)據(jù)實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)位同樣也在這個數(shù)據(jù)庫中 因此 模具設(shè)計必須選則應(yīng)用這要求的模具生 產(chǎn)部分而確定它的結(jié)構(gòu) 然后計算機(jī)軟件會自動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 一個模具還必須同時完成許多其他的功 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)致了他們在 結(jié)構(gòu)上的相似 抹具結(jié)構(gòu)設(shè)計中有許多標(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)計而成的 根據(jù)裝配組件設(shè)計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有等級差比的集合裝配 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)庫中的數(shù)據(jù)確定 5 1 標(biāo)準(zhǔn)件的自動設(shè)計 一個標(biāo)準(zhǔn)件就是一個自動組件 在數(shù)據(jù)庫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)計時軟件通過簡單的公事 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 自動化設(shè)計的一個關(guān)鍵考慮因素是復(fù)位過程 復(fù)位是指嵌件在設(shè)計過程中流出的相應(yīng)的 一定空間使之歸位的操作 當(dāng)一個噴出設(shè)備加入到裝配組件中就要求在設(shè)計過程中留出相 應(yīng)的孔 以便復(fù)位 既然利用了客觀取向技術(shù) 每一個裝配組件都可以有兩種表示方式 實際存在的和客觀設(shè) 計 實際存在的物體空間時根據(jù)一個真實物體索要占據(jù)的空間決定的 無論何時一個客觀構(gòu) 件被加入到裝配組件中 它的這是空間尺寸也同時被設(shè)計出來 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)計的 另外由于實際空間和真實空間的關(guān)系 復(fù)位技術(shù)的設(shè)計也要根據(jù)實際物 體做出相應(yīng)的改變 這種自動復(fù)位功能進(jìn)一步說明了客觀取向的優(yōu)點 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)計而出的末塑自動化裝配組件技術(shù) 已經(jīng)在美國國立大 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 因為在設(shè)計過程中必須考慮到構(gòu)件自由運行的 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)計的 模具中的每一個非標(biāo)準(zhǔn)件被自動的安置在裝配 組件 同樣 標(biāo)準(zhǔn)件例如螺釘也是被自動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)計的具有等級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)計技術(shù) 而且同時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 因為 裝配組件設(shè)計的這一技術(shù)的提高 它的變動例如 裝配組件中某一構(gòu) 件的尺寸變化可以在整體設(shè)計完以后在做出變動 裝配組件構(gòu)件的封鑄有以下兩個特點 1 因為配合技術(shù)在裝配構(gòu)件中封鑄自動化裝配組件設(shè)計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)計在應(yīng)用過程中自動完成 例如復(fù)位和構(gòu)件檢查 提出了簡單的統(tǒng) 計方法可以直接降低自動化設(shè)計過程中程序的難度