外文翻譯--鈑金在級(jí)進(jìn)模中的工步排樣設(shè)計(jì)自動(dòng)化 中文版

1、<p>　　鈑金在級(jí)進(jìn)模中的工步排樣設(shè)計(jì)自動(dòng)化</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　工步排樣設(shè)計(jì)在鈑金級(jí)進(jìn)模規(guī)劃進(jìn)程當(dāng)中是一個(gè)重要步驟。它是一種依賴經(jīng)驗(yàn)執(zhí)行的工作，工步排樣質(zhì)量很大程度上取決于模具設(shè)計(jì)師的知識(shí)和技能。本文提出了一種工步排樣設(shè)計(jì)自動(dòng)化過(guò)程的專業(yè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的開發(fā)是使用趨向人工智能（AI）生產(chǎn)規(guī)則的專業(yè)系統(tǒng)。它包括專

2、家向用戶建議的六大模塊：識(shí)別金屬板操作，排序操作，選擇適當(dāng)?shù)南驅(qū)Х桨福の粩?shù)，分階段對(duì)級(jí)進(jìn)模的操作和選擇適當(dāng)尺寸的條狀胚料。最后，工步排樣系統(tǒng)模塊自動(dòng)在AutoCAD繪圖編輯器上利用其他模塊的輸出數(shù)據(jù)文件。系統(tǒng)的有效性通過(guò)一個(gè)工業(yè)組件的例子演示，該系統(tǒng)靈活且成本低。</p><p>　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；工步排樣設(shè)計(jì)；鈑金加工；級(jí)進(jìn)模；專家系統(tǒng)</p><p><b>　　介紹&l

3、t;/b></p><p>　　工步排樣設(shè)計(jì)在級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)規(guī)劃階段當(dāng)中作為一個(gè)極具重要性的生產(chǎn)力，模具的精度、成本和質(zhì)量主要取決于工步排樣（Tor et al ,.2005）。傳統(tǒng)的工步排樣設(shè)計(jì)是手工的，且需依靠豐富的經(jīng)驗(yàn)完成，因此單調(diào)乏味，耗時(shí)且容易出錯(cuò)（Li et al.,2002;ridha,2003）。40年前工步排樣的問(wèn)題都是手工解決的，即通過(guò)操作硬紙板切割胚料而獲得一個(gè)好的排樣。這個(gè)試錯(cuò)過(guò)程獲得合

4、適且最大材料利用率的工步排樣，仍然被使用在全世界的的大多數(shù)規(guī)模小、甚至在一些中等規(guī)模鈑金行業(yè)中。工步排樣的質(zhì)量通常利用于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的傳統(tǒng)方法而達(dá)到。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)的出現(xiàn)大約在三十年前，工步排樣設(shè)計(jì)的過(guò)程變得更加容易，更換模具的設(shè)計(jì)從幾天減少到幾小時(shí)。然而，訓(xùn)練有素和經(jīng)驗(yàn)豐富的模具設(shè)計(jì)師仍然需要操作這些CAD系統(tǒng)。工步排樣設(shè)計(jì)中的大多數(shù)CAD應(yīng)用的主要目的是通過(guò)旋轉(zhuǎn)和盡可能緊湊地布置胚料余料從而實(shí)現(xiàn)更高的材料利用率。

5、然而，最大限度的節(jié)省材料的工步排樣并不一定是最好的，事實(shí)上沖模結(jié)構(gòu)可能會(huì)變得更加復(fù)雜，這使得節(jié)省材料的經(jīng)濟(jì)性有所抵消，除非需要生產(chǎn)大量的零部件。該系統(tǒng)由Schaffer(1971)于</p><p>　　上述文章綜述顯示，只有少數(shù)的研究和開發(fā)工作在鈑金在級(jí)進(jìn)模沖工步排樣設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域得到實(shí)現(xiàn)。大部分工作都集中在金屬板落料沖孔操作的工藝規(guī)劃上。一些商業(yè)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)可以協(xié)助模具設(shè)計(jì)師，但這些僅是有限的簡(jiǎn)單計(jì)算，帶嵌

6、套、檢索目錄數(shù)據(jù)和編制標(biāo)準(zhǔn)模組件的數(shù)據(jù)庫(kù)，并沒有直接解決工步排樣設(shè)計(jì)的問(wèn)題。依賴經(jīng)驗(yàn)再加上模具設(shè)計(jì)師在沖壓行業(yè)的流動(dòng)給世界各地的鈑金行業(yè)造成很多的不便。因此，獲得一個(gè)擁有模具設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)及知識(shí)的專業(yè)系統(tǒng)是必不可少的，這樣的系統(tǒng)可以保留并適當(dāng)運(yùn)用于未來(lái)的應(yīng)用和發(fā)展。盡管一些專家系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)了模具設(shè)計(jì)區(qū)域，但是大部分的研究工作都集中在嵌套和金屬板料成形和變形的工藝設(shè)計(jì)上。沒有特定的為解決級(jí)進(jìn)模工步排樣的設(shè)計(jì)問(wèn)題而開發(fā)的系統(tǒng)。為提高生產(chǎn)力和建

7、立計(jì)算機(jī)集成制造環(huán)境，工步排樣設(shè)計(jì)自動(dòng)建模至關(guān)重要的。本文所闡釋的開發(fā)工作的目的主要專注于使用基本規(guī)范的人工智能專家系統(tǒng)的工步排樣自動(dòng)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)在個(gè)人計(jì)算機(jī)自動(dòng)化桌面的AutoCAD 2004軟件中以及和設(shè)計(jì)在AutoCAD的加載區(qū)域被應(yīng)用。</p><p>　　表 1——樣品生產(chǎn)規(guī)則納入該系統(tǒng)樣品</p><p>　　圖 1提出了執(zhí)行系統(tǒng)</p><p><

8、;b>　　工步排樣設(shè)計(jì)的建議</b></p><p>　　級(jí)進(jìn)模工步排樣設(shè)計(jì)是用來(lái)安排操作布局并隨后的決定所需的工位數(shù)。對(duì)于工步排樣設(shè)計(jì)，模具設(shè)計(jì)師決定零件加工所需的鈑金操作部分、操作排序、試驗(yàn)方法的選擇、所需的工位數(shù)和級(jí)進(jìn)模每個(gè)工位的沖壓操作。工步排樣是由零件的形狀及其技術(shù)要求決定的。它通常是受零件的幾何特征，公差尺寸，尖銳的條料邊緣方向和其他技術(shù)要求支配。工步排樣設(shè)計(jì)中的如何確定一個(gè)合適的沖

9、壓操作序列從而使零件能夠被正確地有效地沖壓是個(gè)重要而困難的一個(gè)步驟。條料的操作順序和每一個(gè)操作細(xì)節(jié)的必須精心研制，以確保設(shè)計(jì)生產(chǎn)出良好的無(wú)生產(chǎn)或維修問(wèn)題的鈑金零件。通常情況下工步排樣設(shè)計(jì)的最佳解決方案并不是唯一的，但某些常見的規(guī)則可以用于指導(dǎo)工步排樣的設(shè)計(jì)。一些常用于工步排樣設(shè)計(jì)的重要規(guī)則通如下:</p><p>　?。?）初始操作如切邊或裁剪，不直接影響最終產(chǎn)品的形狀的工序應(yīng)該放在第一階段。</p>

10、<p>　?。?）如果有合適的孔可用于鈑金零件上，這些孔應(yīng)該用于向?qū)?，否則應(yīng)根據(jù)級(jí)數(shù)引入外部先導(dǎo)孔。這些導(dǎo)向孔的沖孔加工應(yīng)在第一階段或剪裁階段完成后進(jìn)行。導(dǎo)向孔的位置應(yīng)該總是以最大可能的間隙遠(yuǎn)離帶料的兩側(cè)。這是為了得到最好的定位和帶料的固定，使導(dǎo)向孔在各自的位置導(dǎo)向。</p><p>　?。?）在一個(gè)工位上沖孔，兩個(gè)孔之間的距離必須大于某個(gè)確定值以確保模具強(qiáng)度。如果他們有密切的定位和功能不相關(guān)，沖孔

11、可以分布在幾個(gè)不同的階段</p><p>　?。?）位置精度要求高的孔的應(yīng)該要在一個(gè)工位上沖孔。</p><p>　　（5）一個(gè)模具上不應(yīng)設(shè)計(jì)狹窄的槽和凸出部分，以防止模具發(fā)生斷裂可能。</p><p>　　（6）如果坯件的外部輪廓是復(fù)雜的，則可以把坯料凸出的所有頂點(diǎn)垂直向上到帶材的邊緣，使輪廓分成簡(jiǎn)單的部分。</p><p>　?。?）閑置

12、工位可以用來(lái)避免擁擠的沖頭和模具塊一起。另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，未來(lái)可以用低成本整合工程更改。</p><p>　　（8）彎曲最好應(yīng)該在最后一個(gè)工位或分階段之前完成，并且余下的帶料安排也應(yīng)滿足這樣的要求。</p><p>　?。?）最后，切斷或切邊工序(s)和作為半導(dǎo)向的內(nèi)孔（如果有的話）應(yīng)該分階段進(jìn)行。</p><p>　　（10）為了提供最大強(qiáng)度的橋梁，應(yīng)該使用足夠?qū)挾?/p>

13、的橋。</p><p>　　（11）最后，以這樣的方法設(shè)計(jì)帶料，使組件和擦傷能夠不受干擾地被驅(qū)逐。</p><p>　　導(dǎo)向定位是級(jí)進(jìn)模在工步排樣設(shè)計(jì)中是一個(gè)重要因素。條料必須在每一工位準(zhǔn)確定位，這樣可以在適當(dāng)?shù)奈恢脠?zhí)行操作。選擇導(dǎo)向方案的任務(wù)在工步排樣設(shè)計(jì)流程中應(yīng)被視為相互依存的。一個(gè)工步排樣設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)該支持直接導(dǎo)向，半直接導(dǎo)向和間接導(dǎo)向方案。如果一個(gè)孔是圓形，指定尺寸公差不高，作為定位

14、孔足夠大，不在工件的折疊部分，不太靠近工件的邊緣，且不太靠近工件上的另一個(gè)孔，那么這個(gè)孔被認(rèn)為適合做先導(dǎo)孔。從合適的導(dǎo)孔中，最好的引導(dǎo)孔應(yīng)基于以下的條件優(yōu)先選擇：</p><p>　　（1）如果只有一個(gè)孔是可用的，它必須首先考慮。</p><p>　　（2）如果有很多個(gè)孔，那么應(yīng)該檢查這些孔的位置。</p><p>　?。╝）如果孔都位于條料進(jìn)給方向的同一方向，那么

15、選擇最靠近工件幾何中心的一個(gè)孔。</p><p>　?。╞）如果孔都位于條料進(jìn)給方向的垂直方向，那么選擇兩個(gè)最大的孔（如果直徑相等的），且這兩個(gè)孔的的距離大于兩倍的薄板厚度。</p><p>　?。?）選擇兩個(gè)最大的孔（其直徑在彼此的一個(gè)預(yù)先設(shè)定的百分比），且滿足前面的條件。</p><p>　　保持上述基本原則和建議，就能開發(fā)出一個(gè)金屬板在級(jí)進(jìn)模中的工步排樣設(shè)計(jì)自

16、動(dòng)化的專家系統(tǒng)，所提出的系統(tǒng)的簡(jiǎn)要描述如下。</p><p>　　表 2–典型的提示，用戶的反應(yīng)和專家的建議是在專家系統(tǒng)執(zhí)行例如組件（圖2）的過(guò)程中產(chǎn)生的</p><p>　　所提出的系統(tǒng)的開發(fā)和執(zhí)行</p><p>　　所提出的系統(tǒng)每一模塊的知識(shí)的獲得有各種來(lái)源(Kumar et al .,2006)，包括經(jīng)驗(yàn)豐富的模具設(shè)計(jì)師，車間工程師、模具設(shè)計(jì)手冊(cè)、期刊研究、

17、手冊(cè)和工業(yè)手冊(cè)。從各種來(lái)源收集來(lái)的設(shè)計(jì)資料通過(guò)IF-THEN變化，構(gòu)造成適合生產(chǎn)規(guī)則的有用知識(shí)。為了簡(jiǎn)便，所提出的系統(tǒng)把成套的生產(chǎn)規(guī)則知識(shí)庫(kù)為六個(gè)模塊,即OPRPLAN, OPRSEQ, PLTSEL, OPRSTAGE, SWLSEL and STRPLYT。每個(gè)模塊生產(chǎn)規(guī)則的制定都會(huì)經(jīng)過(guò)其他團(tuán)隊(duì)的模具設(shè)計(jì)專家使用IF-THEN規(guī)則中的IF條件假設(shè)進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證。一個(gè)樣本經(jīng)過(guò)制定和驗(yàn)證；然后納入該系統(tǒng)各模塊的功能是表1中給出。所提出的系

18、統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)則的序列是非結(jié)構(gòu)化的，這種安排甚至允許專業(yè)知識(shí)相對(duì)較少的工程師插入新的規(guī)則。這些用AutoLISP語(yǔ)言編碼，同樣它可以在AutoCAD界面上進(jìn)行工步排樣建模。通過(guò)推理機(jī)制的正向推理把生產(chǎn)規(guī)則和系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)聯(lián)系在一起。系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)中包括300多個(gè)種類的IF-THEN規(guī)則。然而，系統(tǒng)是足夠靈活的，因?yàn)橹R(shí)庫(kù)可以更新和修改，如果有必要，在技術(shù)上提升和使用車間里的可用的新設(shè)備。</p><p>　　系統(tǒng)的執(zhí)行如

19、流程圖圖1所示。系統(tǒng)要求用戶在模型的空白處使用AutoCAD指令。隨后用戶在AutoCAD提示區(qū)輸入零件數(shù)據(jù)信息，如薄板厚度、薄板材料等。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將這些零件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)零件數(shù)據(jù)文件上并標(biāo)記為COMP.DAT。系統(tǒng)的第一個(gè)模塊OPRPLAN確定零件加工所需的金屬板操作類型。該模塊需要用戶輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，即零件的尺寸公差和幾何特征。這個(gè)模塊的輸出是零件制造所需的金屬板操作推薦的類型。下一個(gè)模塊OPRSEQ決定鈑金操作推薦的順序。它直接從O

20、PRPLAN模塊在執(zhí)行過(guò)程中生成出數(shù)據(jù)文件OPRPLAN.DAT獲取所需要的輸入數(shù)據(jù)。PLTSEL模塊的開發(fā)是為了選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向方案以便級(jí)進(jìn)模在每一個(gè)工位上精確定位。下一個(gè)模塊OPRSTAGE的開發(fā)是用于獲得專家建議的工位數(shù)量和對(duì)級(jí)進(jìn)模分階段操作的首選操作。這個(gè)模塊數(shù)據(jù)的輸入是從OPRSEQ模塊在執(zhí)行過(guò)程中生成的輸出數(shù)據(jù)文件OPRSEQ.DAT中獲取。并請(qǐng)用戶須輸入特定的工作數(shù)據(jù)如作為零件的特征。模塊SWLSEL決定金屬板料合適的尺寸大

21、小。建模模塊STRPLYT在AutoCAD繪圖編輯上刪除任何以前的存在圖以及選擇合適的屏幕進(jìn)行工步排樣建模。</p><p><b>　　驗(yàn)證所提出的系統(tǒng)</b></p><p>　　所提出的系統(tǒng)已經(jīng)測(cè)試了不同類型的鈑金件工步排樣設(shè)計(jì)的問(wèn)題。典型的提示，例如用戶在組件的系統(tǒng)執(zhí)行過(guò)程中，用戶的反應(yīng)和獲得的建議（圖2）是通過(guò)表2給出的。系統(tǒng)工步排樣的生成見圖3。輸出的數(shù)據(jù)

22、是從各種系統(tǒng)模塊得到的。這些形式如模塊的識(shí)別操作，排序操作，導(dǎo)向方案的選擇，所需工位數(shù)，工序的分階段操作和帶料的尺寸與那些這經(jīng)驗(yàn)豐富的模具設(shè)計(jì)人員和工藝規(guī)劃者在工作實(shí)踐中的得到的數(shù)據(jù)十分相似且合理，在沖壓行業(yè)即稱為Indo Asian Fuse Gear Limited，由Murthal、哈里亞納邦、印度等組成。工步排樣由開發(fā)系統(tǒng)生成圖紙，同時(shí)也和模具設(shè)計(jì)師豐富經(jīng)驗(yàn)有密切聯(lián)系。</p><p><b>

23、　　結(jié)論</b></p><p>　　研究工作已被應(yīng)用于鈑金級(jí)進(jìn)模工步排樣設(shè)計(jì)自動(dòng)化。生產(chǎn)的基于規(guī)則的專家系統(tǒng)方法已被用于所提出的智能系統(tǒng)的開發(fā)。生產(chǎn)規(guī)則使用AutoLISP語(yǔ)言進(jìn)行編碼來(lái)構(gòu)建基本知識(shí)系統(tǒng)，因?yàn)樗梢栽贏utoCAD界面進(jìn)行工步排樣建模。系統(tǒng)能夠傳授專家建議的零件制造要求所需的鈑金操作類型, 操作排序，選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向方案，需要的工位數(shù)和級(jí)進(jìn)模第一分段的操作；以及選擇合適大小的帶料。最后

24、,根據(jù)系統(tǒng)生成的輸出模塊,系統(tǒng)能夠在AutoCAD繪圖編輯器上自動(dòng)建立工步排樣模型。該系統(tǒng)的運(yùn)行示例使用工業(yè)鈑金件已經(jīng)證明了系統(tǒng)的實(shí)用性。該系統(tǒng)是靈活的，具有實(shí)現(xiàn)成本也可以在PC機(jī)具有AutoCAD軟件操作。小型鈑金行業(yè)使用此系統(tǒng)的費(fèi)用很容易負(fù)擔(dān)得起的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] Adachi,M., Inoue,

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