一种斜楔模块的设计实现方法
技术领域
本发明涉及智能模具设计与制造技术,尤其涉及一种斜楔模块的设计实现方法。
背景技术
现有模具设计技术中,一般由设计人员主观判断零件的“形”、“位”尺寸和相互之间的关系,对于斜楔这种本身相互之间容易发生冲突的零件,需要多次修改之后,才能得到相对完善的方案。在现有方案中,还没有自动识别设计元素,自动计算形位尺寸,自动交互零件间关系的技术。目前最先进的设计技术,也仅仅是针对某些知识点,做了一些散碎的参数化模型,对于输入的随机性,以及因此带来的环境(相对某个部件而言)的复杂性,没有用数学模型去解决。还是只能通过人工判定、人工循环试错来得到最终的结果。人工方式做某一个知识点的模型相对容易,但要把这个知识点关联到随机环境中,其困难程度要高得多。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种斜楔模块的设计实现方法,通过将输入的原始设计元素,代入到斜楔模块的数学模型中,通过提取特征,采样计算等一系列过程,实现从原始设计元素—衍生设计元素—零部件所需的参数集、图形集等的变化。再通过与三维设计软件的接口,进行数据交互,在设计软件中生成可见的零部件三维模型。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种斜楔模块的设计实现方法,包括如下步骤:
A、输入图形元素、相关参数;
B、进行特征提取,筛选合并特征元素;
C、进行微分元素处理,判断出相邻轮廓的测量方向及包络线,得到便于描述的点、有限元等图形集;
D、对所述图形集进行合并轮廓的包络线描述,求出包络线的几何信息,然后进行匹配选择斜楔;
E、进行形、位计算,实例化斜楔模块所需的尺寸参数、坐标特征、节点位置等集;
F、进行实例前交互处理,判断相关节点实例化所需的形位关系是否符合标准,如果符合,则执行步骤G;
G、输出符合的,包括修正后符合的实例化所需的坐标系、宽度、角度、节点位置;
H、对斜楔进行实例化处理,得到可视化的斜楔方案、装配结果;
I、进行实例化后交互处理,得到最终的斜楔方案及其相关特征、图形、体、树状图叶节点。
其中:步骤A所述图形元素、相关参数,具体为输入上级节点CAM的轮廓方向及CAM的模型数据,包括固定座轮廓、固定座轮廓轴系、长、宽、行程、力量、涉及固定座轮廓加工力量,以及涉及固定座轮廓行程。
在步骤B所述特征提取过程中,决定斜楔的特性参数包括工作面安装空间大小、工作力量、工作行程,与周围零件不干涉的因素,初次选型中常抓住主要特征,忽略次要特征,建立求解模型,通过增加迭代次数来逼近真实情况;所述筛选合并特征元素,是指对于相邻固定座轮廓进行必要的合并处理,得出相邻距离及工作角。
步骤D所述的包络线的几何信息,包括最小曲率半径、偏导、长、宽、质心的信息。
步骤D之后还包括:K、通过建立运算模型,利用运算输出描述CAM拓扑架构的几何信息到临时数据库,然后再执行步骤E;具体过程为:根据实际设计数据的采样分析及匹配性原则,建立数学模型,输出描述CAM拓扑架构的几何信息到临时数据库。
步骤E所述进行形位计算,具体包括:获取上步CAM轮廓几何描述信息与关重部件进行3D空间位置排布的考察。
步骤F所述进行实例前交互处理的过程,具体为:斜楔虚拟模型按上级输出进行计算,为替代特征,工具特征赋值;对解进行逐个对比并筛选出当前环境最优解系。
所述步骤F还包括:J、检索并标记出不符合数据的相关节点范围,输出建议修改数据及当前状态次优解,然后再返回执行步骤E再次进行形位计算。
步骤H所述对斜楔进行实例化处理;具体为:根据之前输出的数值参数、坐标特征集、图形位置集,驱动设计软件生成可视的斜楔,包含其相关修饰特征和实体。
步骤I所述进行实例化后交互处理,具体为:对实例化后的斜楔本体及其修饰特征,与相关的其他零部件之间进行布尔运算,升降级,特征转移,节点转移等操作,融合应一体化的零件,并使显式节点树符合一般模具设计的习惯。
本发明的斜楔模块的设计实现方法,具有如下有益效果:
1)相对于人工设计:大量消除设计人员的重复劳动,提高设计效率。可以更快地验证产品(及产品工艺)设计的正确性。
2)相对于传统设计:输入元素的改变牵一发而动全身,只需带入替换、计算、更新即可,无需另起炉灶,费时费力。
3)自身学习和升级的能力:不需要人工试错,提高设计效率和合理性的同时,系统将以极快的速度和效率进行学习和知识积累,可以更快更好地输出设计结果。
附图说明
图1为本发明实施例斜楔模块的设计实现方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例斜楔模块的设计实现方法流程示意图。
如图1所示,该斜楔模块的设计实现方法,主要包括如下步骤:
步骤101:输入图形元素、相关参数。所述输入的图形元素、相关参数,具体为输入上级节点CAM的轮廓方向及CAM的模型数据,包括固定座轮廓、固定座轮廓轴系、长(L_t)、宽(W_t)、行程(ST_t)、力量(F_t)、涉及固定座轮廓加工力量(F_w),以及涉及固定座轮廓行程(ST_w)。
步骤102:进行特征提取,筛选合并特征元素。
这里,所述特征提取过程中,决定斜楔的特性参数包括工作面安装空间大小、工作力量、工作行程,与周围零件不干涉等因素,初次选型中常抓住主要特征,忽略次要特征,建立求解模型,通过增加迭代次数来逼近真实情况。筛选合并特征元素,是指对于相邻固定座轮廓进行必要的合并处理,易得出相邻距离d及工作角。
步骤103:进行微分元素处理,判断出相邻轮廓的测量方向及包络线,得到便于描述的点、有限元等图形集。
这里,进行微分元素处理的过程,例如,设初始约束d≤δi;i=1,2,…,150;δ表示搜索范围;abs(θj-θj+1)≤5deg;θ为相邻角约束。可求出每个点在该轮廓的法向矢量Veci,那么可求出轮廓的法向矢量ConVec。配合固定座轮廓轴系联立判断出相邻轮廓的测量方向Dir(x,y,z)及包络线S=(L_w,W_w,P_x,P_y);则离散固定座轮廓为有限个几何点N。
步骤104:对所述图形集进行合并轮廓的包络线描述,求出包络线的几何信息,然后进行匹配选择斜楔。
例如:求出包络线的几何信息,如,最小曲率半径r、偏导、长、宽、质心(P_x,P_y)的信息。涉及满足最低安装要求的长(L_t)、宽(W_t)、行程(ST_t)、力量(F_t)等技术参数。同时也可参考厂家(Ba)、价格(Pr)等成本因素。
较佳地,所述步骤104后,进一步还包括步骤111:通过建立运算模型,利用运算输出描述CAM拓扑架构的几何信息到临时数据库,然后再执行步骤105。具体过程为:根据实际设计数据的采样分析及匹配性原则,建立数学模型,可描述为:提取特征值:P1=[L_w,W_w,ST_w,S_w],匹配特征值:P2=[L_t,W_t,ST_t,F_t],匹配函数:F(X)=Match(P1,P2,Ba,Pr);其中函数Match可采用偏差最小原理建立,其中需求工作力量可通过实验公式:F_w=S*L*t取得。其中:S代表产品材料抗拉强度,L代表工作部位线长,t代表料厚。
输出描述CAM拓扑架构的几何信息到临时数据库,必要的形位参数如下:PosMarix[16]-描述在空间的位置的4x4变换矩阵,最大轮廓(MaxCon),安装高度(H),驱动轮廓(DriveCon),滑块轮廓(SlideCon)等。
步骤105:进行形、位计算,实例化斜楔模块所需的尺寸参数、坐标特征、节点位置等集。
这里,进行形位计算,具体过程包括:获取上步CAM轮廓几何描述信息与关重部件进行3D空间位置排布的考察;例如:关重部件(如产品)之间不能存在相互干涉碰撞,斜楔与关重部件逻辑运算后应该不存在细缝,窄条等缺陷特征:a.干涉碰撞函数:CheckCrash(iCAMComp,iKeyComp,oArray[]);
其中,iCAMComp-当前斜楔;iKeyComp-关重部件;oTrans-返回的变换矩阵的容器;
函数CheckCrash通过获取前面拓扑几何信息判断状态,从而判断相互空间位置,若发生几何交叠,则输出不发生干涉的最小空间变换;
b.创建特征轮廓函数:CreateModifyContour(iList(CAMComp.Contour),
oList(Modify.Contour));
其中,iList(CAMComp.Contour)-装入CAM特征轮廓线的容器;
oList(Modify.Contour)-输出修正轮廓线的容器;
上述若存在局部无解,则输出标记,表示当前位置的输入轮廓对选择斜楔无解,则需要调用非标模块处理,此时已找到一组合理解,存放当前合理解到数据库,重新设置微分元素尺寸,继续搜索解空间树。
步骤106:进行实例前交互处理,判断相关节点实例化所需的形位关系是否符合标准,如果符合,则执行步骤108;否则,执行步骤107。
这里,所述进行实例前交互处理的过程,具体为:斜楔虚拟模型按上级输出进行计算,为替代特征,工具特征等赋值。对这些解进行逐个对比,满足成本最低,占用空间最小,非标机构最少,加工量最低等作为优化条件,筛选当前环境最优解系。
步骤107:检索并标记出不符合数据的相关节点范围,输出建议修改数据及当前状态次优解,然后再返回执行步骤105再次进行形位计算。
步骤108:输出符合的,包括修正后符合的实例化所需的坐标系、宽度、角度、节点位置等。
步骤109:对斜楔进行实例化处理,得到可视化的斜楔方案、装配结果。
这里,所述对斜楔进行实例化处理,具体为:根据之前输出的数值参数、坐标特征、图形位置等集,驱动设计软件生成可视的斜楔(包含其相关修饰特征、实体)。
步骤110:进行实例化后交互处理,得到最终的斜楔方案及其相关特征、图形、体、树状图叶节点等。
这里,所述进行实例化后交互处理,具体为:对实例化后的斜楔本体及其修饰特征,与相关的其他零部件之间进行布尔运算,升降级,特征转移,节点转移等操作,融合应一体化的零件,并使显式节点树符合一般模具设计的习惯。
本发明实施例的斜楔模块的设计实现方法,有如下特点:
1)不需要人工去识别和设计计算,斜楔模块会根据不同的输入,经过一系列数学模型的计算,自动产生正确的斜楔位置和尺寸,并能够修改与其相关零件的“形”和“位”。
2)能适应设计原始输入的随机性,各步骤算法有较强的适应性,特别微化和采样算法普适性强。例如提取出来的用于分类的特征集,是在一定数学模型下经过大量运算得到的,而这种计算(以及基于这种计算的衍生)是适用于模具设计中的绝大部分场景的。
3)能适应设计环境的复杂性,空间中并不是只有斜楔模块,还有很多其他零部件,比如:筋、废料排出模块、主体模块等等,都与斜楔模块有不可分割的关系,这时要通过一系列计算判断,得到哪些零部件之间有逻辑或形位上的关联(或冲突),因为其他与斜楔模块相关或冲突的零部件也是随输入变化而变化的,对算法本身而言也就是随机的,所以计算、检索、判断的方法都有普适性。单一数学模型的适应性都是有限的,底层系统得出某一步的输出结果,其实是若干数学模型综合计算的结果。
4)输出的零部件“形”和“位”的合理性,可随着对数学模型的监督,修正提高。随着系统所知的样本增多,通过学习过程,系统输出的适应性和合理性会不断提高。可以不断解决系统的不适应问题,知识积累更为容易。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。