CN113901639A - 一种用于齿轮注塑成型的智能化制造系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于齿轮注塑成型模具和工艺设计相关技术领域，其公开了一种用于齿轮注塑成型的智能化制造系统，系统包括：特征库存储特征参数；知识库存储全流程信息；规则库存储影响规则；智能设计模块包括参数接收子模块以及相似度计算子模块，参数接收子模块接收特征参数，相似度计算子模块将特征参数与特征库中的特征参数进行相似度计算，若与特征库中的某一齿轮相似度小于预设值，则根据影响规则进行设计得到设计结果；数据存储模块，用于若设计结果满足要求则存储，输入模块，用于若设计结果不满足要求则向规则库输入新的影响规则进行重新设计。本申请实现齿轮注塑成型工艺过程的可复用性，显著提高了齿轮注塑成型工艺设计和生产的效率。

Description

一种用于齿轮注塑成型的智能化制造系统

技术领域

本发明属于齿轮注塑成型模具和工艺设计相关技术领域，更具体地，涉及一种用于齿轮注塑成型的智能化制造系统。

背景技术

齿轮是机械设备中应用最常见的传动零件，塑料齿轮具有传动噪声低、能够吸振、自润滑、模具加工生产效率高等优点，塑料齿轮在齿轮行业的应用会越来越多，成为一个世界性趋势。目前齿轮注塑成形工业中面临如下问题：(1)塑料齿轮作为一个精密的零件，其模具设计和注塑成形工艺规划具有极强的专业性，齿轮产品设计制造周期长，一副齿轮从设计到生产一般需要30天的周期，结构设计人员通常是用三维软件进行部件造型，再装配成三维模具模型，经过仿真软件进行强度校核、干涉校核等，投影成二维图并做各种标注，工艺设计人员通常使用仿真软件模拟成型过程，预测成型中的缺陷验证结构设计和工艺设计的准确性，仿真结构不理想再调整参数，这种通过仿真软件反复调整参数的方法，其核心思想仍是试错法；(2)目前来说，塑料齿轮模具结构设计缺少行业标准，塑料齿轮的加工过程中出现的收缩变形的精度变化规律也缺少深入研究，齿轮在制造过程严重依赖设计人员的技术和经验；(3)设计文档、工艺卡等虽然以电子文档的方式存储，但缺少有效关联和设计，各工艺参数对产品的影响和相互之间的影响规律很难做到精确设计，设计方案难以积累和重用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于齿轮注塑成型的智能化制造系统，可以有效管理齿轮注塑成型过程中的设计流程和工艺参数，实现齿轮注塑成型工艺过程的可复用性，显著提高了齿轮注塑成型工艺设计和生产的效率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于齿轮注塑成型的智能化制造系统，所述系统包括：特征库，用于存储多个齿轮对应的特征参数；知识库，用于存储所述多个齿轮从设计到生产的全流程信息；规则库，用于存储所述多个齿轮的结构参数和工艺参数对齿轮质量的影响规则；智能设计模块，包括参数接收子模块，相似度计算子模块以及结果验证子模块，其中，参数接收子模块用于接收待制备齿轮注塑成型件的特征参数并将所述特征参数发送至所述相似度计算子模块，相似度计算子模块用于将所述特征参数与所述特征库中的特征参数进行相似度计算，若与所述特征库中的某一齿轮相似度大于或等于预设值，则采用知识库中该齿轮对应的全流程信息进行所述待制备齿轮注塑成型件的制备；若与所述特征库中的某一齿轮相似度为小于预设值，则根据所述规则库中的影响规则对所述待制备齿轮注塑成型件的全流程信息进行设计得到设计结果；

数据存储模块，用于若设计结果满足要求则将所述待制备齿轮注塑成型件的特征参数以及全流程信息分别存入所述特征库和知识库；

输入模块，用于若设计结果不满足要求则向所述规则库输入新的影响规则进行重新设计。

优选地，当所述预设值小于100％时，所述系统还包括微调模块，当相似度大于所述等于预设值但小于100％时，所述微调模块用于对所述知识库中的全流程信息根据所述规则库中影响规则进行修正获得设计结果。

优选地，所述全流程信息包括设计文档、结构参数和工艺参数，所述规则库包括结构设计规则库和工艺设计规则库，所述结构设计规则库用于存储结构设计过程中的影响规则，所述工艺设计规则库用于存储工艺设计过程中的影响规则。

优选地，所述影响规则的存储方式包括逻辑关系、函数关系、图表信息和设计标准。

优选地，所述系统还包括模型识别模块，所述模型识别模块用于识别并提取待制备齿轮注塑成型件的三维模型中的特征参数。

优选地，所述系统还包括数据检索模块，所述数据检索模块与所述特征库和规则库连接，分别用于根据待制备齿轮注塑成型件的特征参数对所述特征库中的特征参数和规则库中的影响规则进行检索。

优选地，所述系统还包括与所述特征库连接的第二相似度计算模块，用于将所述待制备齿轮注塑成型件的特征参数和所述特征库中的特征参数进行相似度比对，若相似度大于第二预设值，则将知识库中对应的全流程信息通过所述数据检索模块输出。

优选地，所述特征库和知识库中的齿轮的对应信息通过命名规则或附加属性相关联。

优选地，所述知识库包括结构设计知识库、工艺设计知识库、仿真知识库、模具加工装配知识库、现场生产知识库，其中，结构设计知识库用于存储模具结构层面、浇注系统结构层面、排气系统结构层面、温控系统结构层面的全流程信息；所述工艺设计知识库用于存储齿轮产品工艺层面的全流程信息；所述仿真知识库用于存储齿轮的仿真文件和仿真报告；所述模具加工装配知识库用于存储模具加工、装配和调试信息；所述现场生产知识库用于存储齿轮产品生产的记录文件以及生产设备信息。

优选地，所述特征库包括产品特征库、成形缺陷特征库以及关键字特征库，其中，所述产品特征库用于提供描述齿轮结构形貌的特征参数，所述成形缺陷特征库用于存储产品在设计和生产过程中出现的缺陷参数；关键字特征库用于存储检索和存储所涉及的关键字信息。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种用于齿轮注塑成型的智能化制造系统具有如下有益效果：

1.基于目前齿轮注塑成型领域中全工序工艺参数繁多、技术经验和规则缺少有效管理的现状，本申请将齿轮产品以产品特征库中的特征从参数的形式描述，将设计到生产的全流程信息，例如生产过程中的结构参数，工艺参数等存储至知识库，特征库与知识库中对应齿轮相关联，通过智能设计模块对特征库和知识库进行调用比对，若存储有对应齿轮设计信息则直接采用现有设计工艺进行设计，若没有存储对应的齿轮设计信息则通过智能设计模块根据规则库中对应的规则进行设计。

2.本申请还设计有数据检索模块，所述数据检索模块与特征库和规则库相连接，便于用户检索获得特征库中的特征参数以及规则库中的影响规则，可通过特征参数和关键字实现产品设计流程的一键式检索。

3.在数据存储过程中，对知识库和特征库中参数的图表信息、函数信息进行实时更新，实现对齿轮注塑成型工艺的离线学习。

4.在齿轮注塑成型结构设计和工艺设计的过程中，通过在特征库中检索相似零件，并提取相似零件的结构和工艺参数，在相似零件结构和工艺参数的基础上，根据规则库中逻辑关系、函数关系、图表信息，通过提取和插值计算为设计者提供齿轮全流程设计信息，可以有效提高齿轮注塑成型工艺设计效率，降低设计时间和设计成本。

5.本申请中的规则库，特征库和知识库具有可扩充性，有效提高知识库和特征库中图表信息和插值函数的准确性，进而提高齿轮注塑成型在智能设计方面的准确性。

附图说明

图1是本实施例智能设计模块的工作示意图；

图2是本实施例齿轮注塑成型智能化制造系统的功能模块示意图；

图3是本实施例齿轮注塑成型智能化制造系统的整体流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1～图3，本发明提供了一种用于齿轮注塑成型的智能化制造系统，所述系统包括特征库、知识库、规则库、智能设计模块、数据存储模块以及输入模块。

如图2所示，特征库用于存储多个齿轮对应的特征参数，包括产品特征库、成形缺陷特征库以及关键字特征库。其中，所述产品特征库用于提供描述齿轮结构形貌的特征参数，特征参数相对独立，以字符串的形式存储，包括齿轮类型、材料、模数、齿数、齿形角、变位系数、齿宽、螺旋角等，特征参数以数字的形式存储在产品特征库中。成形缺陷特征库提供并存储产品在设计和生产过程中出现的缺陷参数，缺陷参数相对独立，以字符串的形式存储，包括缺料、收缩、粘模、飞边、破裂、结合线、流纹、气泡、变形、气孔、不光泽等，通过逻辑关系关联相应的产品特征。关键字特征库提供检索和存储所涉及的关键字信息。

知识库用于存储所述多个齿轮从设计到生成的全流程信息，并以定义的标准格式存储流程中产生的文档信息、结构参数信息、工艺参数信息、仿真参数、现场设备和人员信息。所述全流程信息包括设计文档、结构参数和工艺参数。

所述知识库包括结构设计知识库、工艺设计知识库、仿真知识库、模具加工装配知识库、现场生产知识库。其中，结构设计知识库用于存储模具结构层面、浇注系统结构层面、排气系统结构层面、温控系统结构层面的全流程信息。所述模具结构层面的全流程信息包括：模具型腔数量、导向结构、工作结构、材料、型腔尺寸、脱模方式、脱模方向、脱模结构尺寸等。所述浇注系统结构层面的全流程信息包括：浇口形式、浇口位置、主流道结构、主流道尺寸、分流道结构、分流道尺寸等。排气系统结构层面的全流程信息包括排气槽位置、排气槽尺寸等。所述温控系统结构层面的全流程信息包括：冷却方式、冷却回路结构、冷却回路尺寸、加热方式、加热回路结构、加热回路尺寸、密封圈规格、密封圈安装尺寸等。

所述工艺设计知识库用于存储齿轮产品工艺层面的全流程信息。工艺设计知识库中的全流程信息包括料筒温度、喷嘴温度、模具温度、注射压力、保压压力、塑化压力、注射时间、保压时间、冷却介质、冷却时间等。

所述仿真知识库用于存储齿轮的仿真文件和仿真报告。

所述模具加工装配知识库用于存储模具加工、装配和调试信息，包括加工方式、加工工艺排布、设备信息、装配方法、调试报告等。

所述现场生产知识库用于存储齿轮产品生产的记录文件以及生产设备信息。

综上可知，知识库包括齿轮产品设计生产的全过程，例如一个圆柱直齿轮，在结构设计过程或者因为不断优选设计参数值会出现多个不同结构设计参数值组合的版本，每个版本通过版本号区分，作为圆柱直齿轮结构设计参数的最终方案版本增加标记(例如标记为true)，其余版本增加标记(例如标记为false)，并且记录该版本存在的缺陷参数。该圆柱直齿轮的工艺设计、仿真、模具装配调试过程中的不同版本以同样方式存储。该圆柱直齿轮在知识库中的参数信息和文档信息，通过产品代号和附加属性与其在特征库中的参数信息相关联。

所述规则库用于存储所述多个齿轮的结构参数和工艺参数对齿轮质量的影响规则。所述规则库包括结构设计规则库和工艺设计规则库，所述结构设计规则库用于存储结构设计过程中的影响规则，所述工艺设计规则库用于存储工艺设计过程中的影响规则。所述影响规则的存储方式包括逻辑关系、函数关系、图表信息和设计标准。所述逻辑关系包括模具设计和工艺设计时所采用的设计逻辑规则。所述函数关系包模块设计和工艺设计时所采用的数学函数关系式。所述图表信息包括工艺特征参数、材料特征参数、产品特征参数之间数值与数值的对应关系。逻辑关系包括逻辑转换表达式，例如真假函数、与或非函数、大于小于等于等。

如图1所示，智能设计模块，包括参数接收子模块以及相似度计算子模块，其中，参数接收子模块用于接收待制备齿轮注塑成型件的特征参数并将所述特征参数发送至所述相似度计算子模块，相似度计算子模块用于将所述特征参数与所述特征库中的特征参数进行相似度计算，若与所述特征库中的某一齿轮相似度大于或等于预设值，则采用知识库中该齿轮对应的全流程信息进行所述待制备齿轮注塑成型件的制备；若与所述特征库中的某一齿轮相似度为小于预设值，则根据所述规则库中的影响规则对所述待制备齿轮注塑成型件的全流程信息进行设计得到设计结果。

当所述预设值小于100％时，所述系统还包括微调模块，当相似度大于所述等于预设值但小于100％时，所述微调模块用于对所述知识库中的全流程信息根据所述规则库中影响规则进行修正获得设计结果。

所述系统还包括模型识别模块，所模型识别模块用于识别并提取待制备齿轮注塑成型件的三维模型中的特征参数。例如，用户通过人机交互界面选择产品的3D模型信息并转换成产品特征库中设定的相对独立的参数信息，并对参数信息进行数值化，每一个参数信息均为数值或者字符串。

如图3所示，所述系统还包括数据检索模块，所述数据检索模块与所述特征库和规则库连接，分别用于根据待制备齿轮注塑成型件的特征参数对所述特征库中的特征参数和规则库中的影响规则进行检索。例如，用户通过人机交互界面输入产品的特征参数或者读取模型识别模块所转换的特征参数值，系统遍历特征库，将该特征参数值的产品以列表的形式排列显示，若特征库中产品无该参数值，则将计算|A-B|(A为输入产品的特征参数值，B为特征库中相关的产品特征参数值)，按该值的大小顺序，将库产品以列表形式排列显示，每个列表对应该产品在特征库和知识库的参数信息、文档信息、图表信息等。数据检索模块可以输入单个特征参数进行模糊检索，也可以通过逻辑关系输入多个参数进行精确检索。

所述系统还包括与所述特征库连接的第二相似度计算模块，用于将所述待制备齿轮注塑成型件的特征参数和所述特征库中的特征参数进行相似度比对，若相似度大于第二预设值，则将知识库中对应的全流程信息通过所述数据检索模块输出。

所述系统还包括数据存储模块以及输入模块，用于若设计结果满足要求则将所述待制备齿轮注塑成型件的特征参数以及全流程信息分别存入所述特征库和知识库；输入模块，用于若设计结果不满足要求则向所述规则库输入新的影响规则进行重新设计。例如，管理人员可以通过人机交互界面录入新的齿轮产品设计生产的全流程信息，产品以特征库设定的特征参数形式通过特征参数值录入特征库，产品从设计到生成的全流程信息以知识库设定的参数形式、文档形式、图表形式存储到知识库，产品存储到特征库和知识库的特征参数通过命名规则和附加属性相关联，齿轮注塑成型规则数据通过配置文件设定的形式录入齿轮注塑成型规则库，配置文件为文本文档，通过设定的格式输入特征参数和特征参数值。

本申请中的用于齿轮注塑成型的智能化制造系统包括三种设计语言：数学函数、设计软件的开发计算机语言(例如，NX设计软件，对应的计算机语言为CAD)以及底层开发计算机语言(例如C++语言等)。其中，所述数学函数用于在零件的结构参数、工艺参数和特征参数间建立相关联的函数关系式，所述底层开发计算机语言用于对已构建的数学函数进行编译以将其全部转换为程序语言。所述设计软件的开发计算机语言用于对设计软件进行二次开发以使得整个齿轮注塑成型的智能化制造系统与设计软件无缝对接。设计软件优选为NX，当然其他实施方式亦可采用其他的设计软件，比如CATIA、Creo、SolidWorks等，只需要通过做对应的二次开发即可将本发明所述的齿轮注塑成型智能化图书馆系统与设计软件衔接起来。

综上所述，本申请能将企业以往的设计经验和理论规则进行有序存储，有效管理技术信息，并通过智能检索和插值计算等为设计者提供全流程设计信息，随着不断录入齿轮注塑成型工艺信息，齿轮注塑成型智能制造心疼的准确性逐步提高，有效提高齿轮注塑成型工艺设计效率，降低设计时间和设计成本。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于齿轮注塑成型的智能化制造系统，其特征在于，所述系统包括：

特征库，用于存储多个齿轮对应的特征参数；

知识库，用于存储所述多个齿轮从设计到生产的全流程信息；

规则库，用于存储所述多个齿轮的结构参数和工艺参数对齿轮质量的影响规则；

智能设计模块，包括参数接收子模块以及相似度计算子模块，其中，参数接收子模块用于接收待制备齿轮注塑成型件的特征参数并将所述特征参数发送至所述相似度计算子模块，相似度计算子模块用于将所述特征参数与所述特征库中的特征参数进行相似度计算，若与所述特征库中的某一齿轮相似度大于或等于预设值，则采用知识库中该齿轮对应的全流程信息进行所述待制备齿轮注塑成型件的制备；若与所述特征库中的某一齿轮相似度为小于预设值，则根据所述规则库中的影响规则对所述待制备齿轮注塑成型件的全流程信息进行设计得到设计结果；

数据存储模块，用于若设计结果满足要求则将所述待制备齿轮注塑成型件的特征参数以及全流程信息分别存入所述特征库和知识库；

输入模块，用于若设计结果不满足要求则向所述规则库输入新的影响规则进行重新设计。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述预设值小于100％时，所述系统还包括微调模块，当相似度大于所述等于预设值但小于100％时，所述微调模块用于对所述知识库中的全流程信息根据所述规则库中影响规则进行修正获得设计结果。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述全流程信息包括设计文档、结构参数和工艺参数，所述规则库包括结构设计规则库和工艺设计规则库，所述结构设计规则库用于存储结构设计过程中的影响规则，所述工艺设计规则库用于存储工艺设计过程中的影响规则。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述影响规则的存储方式包括逻辑关系、函数关系、图表信息和设计标准。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括模型识别模块，所述模型识别模块用于识别并提取待制备齿轮注塑成型件的三维模型中的特征参数。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括数据检索模块，所述数据检索模块与所述特征库和规则库连接，分别用于根据待制备齿轮注塑成型件的特征参数对所述特征库中的特征参数和规则库中的影响规则进行检索。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述特征库连接的第二相似度计算模块，用于将所述待制备齿轮注塑成型件的特征参数和所述特征库中的特征参数进行相似度比对，若相似度大于第二预设值，则将知识库中对应的全流程信息通过所述数据检索模块输出。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述特征库和知识库中的齿轮的对应信息通过命名规则或附加属性相关联。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述知识库包括结构设计知识库、工艺设计知识库、仿真知识库、模具加工装配知识库、现场生产知识库，其中，结构设计知识库用于存储模具结构层面、浇注系统结构层面、排气系统结构层面、温控系统结构层面的全流程信息；所述工艺设计知识库用于存储齿轮产品工艺层面的全流程信息；所述仿真知识库用于存储齿轮的仿真文件和仿真报告；所述模具加工装配知识库用于存储模具加工、装配和调试信息；所述现场生产知识库用于存储齿轮产品生产的记录文件以及生产设备信息。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述特征库包括产品特征库、成形缺陷特征库以及关键字特征库，其中，所述产品特征库用于提供描述齿轮结构形貌的特征参数，所述成形缺陷特征库用于存储产品在设计和生产过程中出现的缺陷参数；关键字特征库用于存储检索和存储所涉及的关键字信息。

Images