CN112776288B - 锁模装置的优化方法和锁模装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锁模装置的优化方法和锁模装置，包括以下步骤：确定锁模装置的结构参数，并定义与结构参数相对应地设计变量，建立锁模装置的目标函数，获取目标函数与设计变量之间的数学关系；根据优化指标对目标函数进行优化，以及根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件，完成约束条件的添加后，将目标函数、设计变量和约束条件导入虚拟样机中，根据目标函数确定锁模装置的各参数值。本发明解决了现有技术中的锁模装置的整体结构较大需要占用较大安装空间的问题。

Description

锁模装置的优化方法和锁模装置

技术领域

本发明涉及注塑设备技术领域，具体而言，涉及一种锁模装置的优化方法和锁模装置。

背景技术

现有技术中，锁模装置的整体结构较大，不利于锁模装置的小型化设计，导致锁模装置需要占用较大的安装空间，致使生产车间的空间较小的领域无法使用上述的锁模装置，需要提出一种对锁模装置的结构的优化方法，以解决上述的锁模装置需要占用较大安装空间的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种锁模装置的优化方法和锁模装置，以解决现有技术中的锁模装置的整体结构较大需要占用较大安装空间的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种锁模装置的优化方法，包括以下步骤：确定锁模装置的结构参数，并定义与结构参数相对应地设计变量，建立锁模装置的目标函数，获取目标函数与设计变量之间的数学关系；根据优化指标对目标函数进行优化，以及根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件，完成约束条件的添加后，将目标函数、设计变量和约束条件导入虚拟样机中，根据目标函数确定锁模装置的各参数值。

进一步地，确定锁模装置的结构参数，并定义与结构参数相对应地设计变量包括以下步骤：确定锁模装置中的连杆机构的第一连杆AB的结构参数为L1，定义第一连杆AB的设计变量为DV_L1；确定连杆机构的第二连杆BC的结构参数为L2，定义第二连杆BC的设计变量为DV_L2；确定连杆机构的第三连杆AD的结构参数为L3，定义第三连杆AD的设计变量为DV_L3；确定连杆机构的第四连杆DE的结构参数为L4，定义第四连杆DE的设计变量为DV_L4。

进一步地，确定锁模装置的结构参数，并定义与结构参数相对应地设计变量还包括以下步骤：确定锁模装置中的第一高度的结构参数为H₁/2，定义第一高度的设计变量为DV_HH；确定连杆机构的第五连杆EF中的两端铰链的中心距离为h，并定义中心距离的设计变量为DV_h。

进一步地，锁模装置包括动模块和定模块，动模块相对于定模块可移动地设置，动模块具有初始位置和终了位置，动模块向靠近定模块的方向移动，以使动模块由初始位置切换至终了位置；确定锁模装置的结构参数，并定义与结构参数相对应地设计变量还包括以下步骤：当动模块位于终了位置时，确定第一连杆AB与第三连杆AD之间的第一夹角的结构参数为θ，定义第一夹角的设计变量为DV_theta；当动模块位于初始位置时，确定第一连杆AB与水平方向之间的第二夹角的结构参数为γ₀，定义第二夹角的设计变量为DV_gamma；定义完与结构参数相对应地设计变量之后，以及在建立锁模装置的目标函数之前，优化方法还包括：确定动模块的行程与十字头的行程之间的比值为锁模装置的行程比R，其中，行程比R＝FUNCTION_MEA_2，并定义行程比为第一测量参数；确定锁模装置的滚珠丝杠经连杆机构向动模块施加的推模力与滚珠丝杠的推力之间的比值为力的放大比M，其中，力的放大比M＝COMP_MEA_lifangdabi，并定义力的放大比M为第二测量参数。

进一步地，建立锁模装置的目标函数包括以下步骤：优化指标包括min[L_总]，其中，L_总＝L1+L2+L3+L4，并根据优化指标确定目标函数为f(x)，其中，f(x)＝min{L_总/[R×M]}。

进一步地，根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件包括以下步骤：当动模块位于初始位置时，第三连杆AD和第四连杆DE具有夹角地设置，第一约束条件包括

进一步地，根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件还包括以下步骤：根据连杆机构之间的摩擦力对第一约束条件进行修正，第一约束条件经修正后为

进一步地，根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件还包括以下步骤：锁模装置包括两个连杆机构，两个连杆机构相邻地设置，第一连杆AB和第二连杆BC通过销轴连接，销轴的半径为R_B，其中，第二约束条件包括L1+R_B≤H₁/2。

进一步地，根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件还包括以下步骤：当动模块位于终了位置时，第三约束条件包括3°≤γ₀≤10°。

进一步地，根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件还包括以下步骤：当动模块进行合模作业时，第四约束条件包括

以防止第四连杆DE受到的力发生突变。

进一步地，根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件还包括以下步骤：当动模块进行合模作业时，第五约束条件包括cotβ≥u，其中，u为动摩擦系数，取u＝0.2，则β≤70°，第五约束条件为β-70°≤0。

根据本发明的另一方面，提供了一种锁模装置，锁模装置为上述的锁模装置。

应用本发明的技术方案，提供了一种锁模装置的优化方法，通过将建立的目标函数、设计变量和约束条件导入虚拟样机中进行对锁模装置的设计求解，得出目标函数的优化数值，从而根据得到的目标函数的优化数值相应的得到设计变量对应的数值，进而完成对锁模装置的结构优化，在确保锁模装置的锁模作业的可靠性的前提下，确保锁模装置能够尽可能地整体结构较小，有利于锁模装置的小型化设计，避免锁模装置占用较大的安装空间。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种可选实施例的锁模装置的优化方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明的一种可选实施例的锁模装置的连杆机构的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中的锁模装置的整体结构较大需要占用较大安装空间的问题，本发明提供了一种锁模装置的优化方法和锁模装置，锁模装置为上述和下述的锁模装置。

如图1所示，锁模装置的优化方法包括以下步骤：确定锁模装置的结构参数，并定义与结构参数相对应地设计变量，建立锁模装置的目标函数，获取目标函数与设计变量之间的数学关系；根据优化指标对目标函数进行优化，以及根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件，完成约束条件的添加后，将目标函数、设计变量和约束条件导入虚拟样机中，根据目标函数确定锁模装置的各参数值。

本申请提供了一种锁模装置的优化方法，通过将建立的目标函数、设计变量和约束条件导入虚拟样机中进行对锁模装置的设计求解，得出目标函数的优化数值，从而根据得到的目标函数的优化数值相应的得到设计变量对应的数值，进而完成对锁模装置的结构优化，在确保锁模装置的锁模作业的可靠性的前提下，确保锁模装置能够尽可能地整体结构较小，有利于锁模装置的小型化设计，避免锁模装置占用较大的安装空间。

如图2所示，确定锁模装置的结构参数，并定义与结构参数相对应地设计变量包括以下步骤：确定锁模装置中的连杆机构的第一连杆AB的结构参数为L1，定义第一连杆AB的设计变量为DV_L1；确定连杆机构的第二连杆BC的结构参数为L2，定义第二连杆BC的设计变量为DV_L2；确定连杆机构的第三连杆AD的结构参数为L3，定义第三连杆AD的设计变量为DV_L3；确定连杆机构的第四连杆DE的结构参数为L4，定义第四连杆DE的设计变量为DV_L4。

如图2所示，确定锁模装置的结构参数，并定义与结构参数相对应地设计变量还包括以下步骤：确定锁模装置中的第一高度的结构参数为H₁/2，定义第一高度的设计变量为DV_HH；确定连杆机构的第五连杆EF中的两端铰链的中心距离为h，并定义中心距离的设计变量为DV_h。

可选地，锁模装置包括动模块和定模块，动模块相对于定模块可移动地设置，动模块具有初始位置和终了位置，动模块向靠近定模块的方向移动，以使动模块由初始位置切换至终了位置；确定锁模装置的结构参数，并定义与结构参数相对应地设计变量还包括以下步骤：当动模块位于终了位置时，确定第一连杆AB与第三连杆AD之间的第一夹角的结构参数为θ，定义第一夹角的设计变量为DV_theta；当动模块位于初始位置时，确定第一连杆AB与水平方向之间的第二夹角的结构参数为γ₀，定义第二夹角的设计变量为DV_gamma。

具体而言，如表1所示为各设计变量与之相对应的结构参数以及其基本值：

表1设计变量与之相对应的结构参数以及其基本值

表1中的基本值一栏中的各数值的单位为mm。

采用设计变量的形式来表示图2中的连杆机构中的各关键点的位置，当设计变量发生改变时，关键点的变化反映开模或者合模的状态的变化，从而完成并实现了参数化模型的创建，各关键点的几何点坐标如表2所示：

表2结构参数表示几何点坐标

需要说明的是，在本申请中，考虑到锁模装置的开模周期占整个生产周期的比重较大，而在滚珠丝杠的行程一定的情况下，动模板的行程的大小能够反应开模周期的长短，行程比是动模板的行程与十字头的行程之间的比值，是反映周期的参数，行程比越大，开模周期越短。为了提高锁模装置的工作效率，缩短成型塑周期，定义行程比R＝FUNCTION_MEA_2为测量参数。

需要说明的是，在本申请中，考虑到锁模装置的力的放大比是指合模过程中滚珠丝杠的推力经连杆机构产生推动动模板的推模力与滚珠丝杠的推力之间的比值。力的放大比越大表面相同型号的滚珠丝杠下的推模力越大，有利于提高锁模装置的机械效率，建立力放大比M＝COMP_MEA_lifangdabi为测量参数。

可选地，定义完与结构参数相对应地设计变量之后，以及在建立锁模装置的目标函数之前，优化方法还包括：确定动模块的行程与十字头的行程之间的比值为锁模装置的行程比R，其中，行程比R＝FUNCTION_MEA_2，并定义行程比为第一测量参数；确定锁模装置的滚珠丝杠经连杆机构向动模块施加的推模力与滚珠丝杠的推力之间的比值为力的放大比M，其中，力的放大比M＝COMP_MEA_lifangdabi，并定义力的放大比M为第二测量参数。

需要说明的是，在本申请中，以连杆机构的尺寸最小为目标函数，在确保连杆机构的传力可靠性的前提下，连杆机构的尺寸最小时，有利于锁模装置的小型化设计，从而减小安装空间，进而减小占地面积，还能够减轻锁模装置的重量，从而降低锁模装置的加工制造的成本；此外，锁模装置的优化问题涉及多个指标，属于多目标的优化问题，考虑到优化目标之一是求最大值，而另一目标是求最小值，采用乘除法同一目标函数，故优化目标函数如下，且求其最小值。

具体而言，建立锁模装置的目标函数包括以下步骤：优化指标包括min[L_总]，其中，L_总＝L1+L2+L3+L4，并根据优化指标确定目标函数为f(x)，其中，f(x)＝min{L_总/[R×M]}。

可选地，优化过程中需要筛选影响目标函数的关键参数，而根据锁模装置的运动特性分析，选取涉及的所有变量作为设计变量X，其中，X＝[L1，L2，L3，L4，H₁/2，h，θ，γ₀]T，设计变量的初始值为模型初始设计的给定的基本值。

需要说明的是，约束条件是对设计变量添加的约束条件，为了保证目标函数取得真实合理的最优解，根据锁模装置的结构特性和运动特征，添加系统的约束条件是必要的，否则很有可能优化得到的最优解在实际工程中无法取到，导致优化分析失效。根据锁模装置的工作原理和实际工作经验，建立约束条件如下：

需要说明的是，在本申请中，如图2所示，虚线部分表示动模块位于初始位置，实现部分表示动模块位于终了位置，图2中的杆件CN表示动模块。

可选地，根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件包括以下步骤：当动模块位于初始位置时，第三连杆AD和第四连杆DE具有夹角地设置，第一约束条件包括

需要说明的是，在本申请中，如图2所示，上述的当动模块位于初始位置时，图2中的虚线为连杆机构所在的位置，即，当动模块位于初始位置时，第三连杆AD’和第四连杆D’E’具有夹角地设置，第一约束条件包括

可选地，根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件还包括以下步骤：根据连杆机构之间的摩擦力对第一约束条件进行修正，第一约束条件经修正后为

即，

可选地，根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件还包括以下步骤：锁模装置包括两个连杆机构，两个连杆机构相邻地设置，第一连杆AB和第二连杆BC通过销轴连接，销轴的半径为R_B，其中，第二约束条件包括L1+R_B≤H₁/2，即，L1+R_B-H₁/2≤0。

可选地，根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件还包括以下步骤：当动模块位于终了位置时，第三约束条件包括3°≤γ₀≤10°，即，3°-γ₀≤0，γ₀-10°≤0。

可选地，根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件还包括以下步骤：当动模块进行合模作业时，第四约束条件包括

即，

以防止第四连杆DE受到的力发生突变。

可选地，根据锁模装置的运动特征对设计变量添加约束条件还包括以下步骤：当动模块进行合模作业时，第五约束条件包括cotβ≥u，其中，u为动摩擦系数，取u＝0.2，则β≤70°，第五约束条件为β-70°≤0。

可选地，完成约束条件的创建后，将目标函数、设计变量和约束条件添加到虚拟样机中的优化设计中，得到优化结果，如表3所示：

表3 260T锁模装置的优化结果

Iter	MEA_2	DV_L1	DV_L2	DV_L3	DV_L4
						0	3998.1	400.00	500.00	288.62	166.00
1	3314.4	400.55	503.73	300.68	169.47
						2	2940.1	409.87	516.90	313.18	175.00
3	2929.4	412.66	516.90	313.18	174.30
						4	2929.4	412.66	516.90	313.18	174.30
Iter	MEA_2	DV_HH	DV_h	DV_theta	DV_gamma
						0	3998.1	490.00	230.00	14.06	5.18
1	3314.4	493.85	232.43	14.06	5.18
						2	2940.1	510.60	242.43	13.92	5.16
3	2929.4	508.28	242.63	13.50	5.10
						4	2929.4	508.28	242.63	13.50	5.10

通过对目标函数f(x)的优化结果进行分析，经过4次迭代后，其最小值为2929.4，优化效果明显,在f(x)为最小值时，行程比R为最大值1.198，力放大比M最大值为19.24，并计算出最优的锁模装置的连杆机构的各结构参数，如表3所示。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锁模装置的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定锁模装置的结构参数，并定义与所述结构参数相对应地设计变量，建立所述锁模装置的目标函数，获取所述目标函数与所述设计变量之间的数学关系；

根据优化指标对所述目标函数进行优化，以及根据所述锁模装置的运动特征对所述设计变量添加约束条件，完成所述约束条件的添加后，将所述目标函数、所述设计变量和所述约束条件导入虚拟样机中，根据所述目标函数确定所述锁模装置的各参数值；

确定锁模装置的结构参数，并定义与所述结构参数相对应地设计变量包括以下步骤：确定所述锁模装置中的连杆机构的第一连杆AB的结构参数为L1，定义所述第一连杆AB的设计变量为DV_L1；确定所述连杆机构的第二连杆BC的结构参数为L2，定义所述第二连杆BC的设计变量为DV_L2；确定所述连杆机构的第三连杆AD的结构参数为L3，定义所述第三连杆AD的设计变量为DV_L3；确定所述连杆机构的第四连杆DE的结构参数为L4，定义所述第四连杆DE的设计变量为DV_L4；

确定锁模装置的结构参数，并定义与所述结构参数相对应地设计变量还包括以下步骤：

确定所述锁模装置中的第一高度的结构参数为H₁/2，定义所述第一高度的设计变量为DV_HH；确定所述连杆机构的第五连杆EF中的两端铰链的中心距离为h，并定义所述中心距离的设计变量为DV_h；

所述锁模装置包括动模块和定模块，所述动模块相对于所述定模块可移动地设置，所述动模块具有初始位置和终了位置，所述动模块向靠近所述定模块的方向移动，以使所述动模块由所述初始位置切换至所述终了位置；确定锁模装置的结构参数，并定义与所述结构参数相对应地设计变量还包括以下步骤：

当所述动模块位于所述终了位置时，确定所述第一连杆AB与第三连杆AD之间的第一夹角的结构参数为θ，定义所述第一夹角的设计变量为DV_theta；确定所述第一连杆AB与水平方向之间的第二夹角的结构参数为γ₀，定义所述第二夹角的设计变量为DV_gamma；

定义完与所述结构参数相对应地设计变量之后，以及在建立所述锁模装置的目标函数之前，所述优化方法还包括：

确定所述动模块的行程与十字头的行程之间的比值为所述锁模装置的行程比R，其中，所述行程比R＝FUNCTION_MEA_2，并定义所述行程比为第一测量参数；

确定所述锁模装置的滚珠丝杠经所述连杆机构向所述动模块施加的推模力与所述滚珠丝杠的推力之间的比值为力的放大比M，其中，力的放大比M＝COMP_MEA_lifangdabi，并定义所述力的放大比M为第二测量参数；

建立所述锁模装置的目标函数包括以下步骤：

所述优化指标包括min[L_总]，其中，L_总＝L1+L2+L3+L4，并根据所述优化指标确定所述目标函数为f(x)，其中，f(x)＝min{L_总/[R×M]}。

2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，根据所述锁模装置的运动特征对所述设计变量添加约束条件包括以下步骤：

当所述动模块位于所述初始位置时，第三连杆AD和第四连杆DE具有夹角地设置，第一约束条件包括

3.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，根据所述锁模装置的运动特征对所述设计变量添加约束条件还包括以下步骤：

根据所述连杆机构之间的摩擦力对所述第一约束条件进行修正，所述第一约束条件经修正后为

4.根据权利要求3所述的优化方法，其特征在于，根据所述锁模装置的运动特征对所述设计变量添加约束条件还包括以下步骤：

所述锁模装置包括两个所述连杆机构，两个所述连杆机构相邻地设置，所述第一连杆AB和所述第二连杆BC通过销轴连接，所述销轴的半径为R_B，其中，第二约束条件包括L1+R_B≤H₁/2。

5.根据权利要求4所述的优化方法，其特征在于，根据所述锁模装置的运动特征对所述设计变量添加约束条件还包括以下步骤：

当所述动模块位于所述终了位置时，第三约束条件包括3°≤γ₀≤10°。

6.根据权利要求5所述的优化方法，其特征在于，根据所述锁模装置的运动特征对所述设计变量添加约束条件还包括以下步骤：

当所述动模块进行合模作业时，第四约束条件包括

以防止第四连杆DE受到的力发生突变。

7.根据权利要求6所述的优化方法，其特征在于，根据所述锁模装置的运动特征对所述设计变量添加约束条件还包括以下步骤：

当所述动模块进行合模作业时，第五约束条件包括cotβ≥u，其中，u为动摩擦系数，取u＝0.2，则β≤70°，第五约束条件为β-70°≤0。

8.一种锁模装置，其特征在于，所述锁模装置由权利要求1至7中任一项所述的优化方法获得。

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