模具CAD/CAM技術(shù)綜述

周建平

椒江職業(yè)中專，浙江 臺州 318000

模具CAD/CAM技術(shù)綜述

周建平

椒江職業(yè)中專，浙江 臺州 318000

本文主要介紹了模具CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用、優(yōu)越性、特點(diǎn)，簡述了國內(nèi)外模具CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展?fàn)顩r?；仡櫫宋覈＞咴O(shè)計(jì)和制造的迅速發(fā)展，靠傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)和手工技能已經(jīng)落后不能滿足目前模具行業(yè)競爭。分析表明了模具CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用具有提高生產(chǎn)率、改善質(zhì)量、降低成本、減輕勞動強(qiáng)度方面的優(yōu)越性和發(fā)展趨勢。

模具；CAD/CAM技術(shù)

模具CAD/CAM技術(shù)在最短的時間內(nèi)開發(fā)出高質(zhì)量、低成本、高附加值的產(chǎn)品，以最快的速度響應(yīng)和投放市場。依賴經(jīng)驗(yàn)和手工技能的傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)和加工方式遠(yuǎn)不能滿足這種要求。由于模具生產(chǎn)的特殊性，新技術(shù)，新工藝，新設(shè)備，新材料往往首先運(yùn)用在模具工業(yè)，近年來，模具先進(jìn)制造技術(shù)在國內(nèi)外均已獲得迅速發(fā)展，涌現(xiàn)了不少新成果。并逐步向設(shè)計(jì)制造技術(shù)的系統(tǒng)化、集成化過程轉(zhuǎn)變，已成為現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。其中應(yīng)用最廣，技術(shù)最成熟的是模具CAD/CAM技術(shù)，同時，它也是其它模具先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)。

1 CAD/CAM技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用

目前，模具CAD/CAM技術(shù)越來越向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。這就需要采用現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，將模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的信息流有機(jī)集成，并模擬出模具產(chǎn)品未來的性能，以及模具制造全過程對模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，從而做出正確的決策與設(shè)計(jì)方案，減少設(shè)計(jì)中的主觀誤差，縮短模具生產(chǎn)周期，并對制造過程中出現(xiàn)的誤差進(jìn)行分析，減少制造成本，提高制造精度。并能利用計(jì)算機(jī)容量大、運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，借助數(shù)據(jù)庫存儲的大量數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，保證方案的可行性。同時，CAD系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可直接經(jīng)CAM軟件處理成數(shù)控機(jī)床可以識別的代碼，進(jìn)而控制加工設(shè)備加工出模具，使模具生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高精度、高效率和高度自動化。

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品對模具的要求愈來愈高，因此發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)50年代末就開始了CAD/CAM技術(shù)的研究，如通用公司將CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用于汽車覆蓋件的設(shè)計(jì)與制造。到60年代末，模具CAD/CAM技術(shù)日趨完善，70年代已經(jīng)研制出許多模具CAD/CAM的專門系統(tǒng)，可應(yīng)用于各種類型的模具設(shè)計(jì)與制造，并取得顯著的應(yīng)用效果。80年代，CAD/CAM技術(shù)已廣泛用于冷沖模、鍛模、擠壓模、注塑模和壓鑄模的設(shè)計(jì)和制造。

我國模具CAD/CAM技術(shù)的開發(fā)始于20世紀(jì)70年代末，發(fā)展也很迅速。到目前為止，先后通過國家有關(guān)部門鑒定的有精沖模、普通沖裁模、注塑模等CAD/CAM系統(tǒng)。我們與國外相比還有很大差距，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：CAD/CAM沒有商品化；CAM發(fā)展跟不上CAD發(fā)展；引進(jìn)過多過寬；國內(nèi)CAD/CAM技術(shù)研究開發(fā)未能很好地有組織、有計(jì)劃、有重點(diǎn)地進(jìn)行，造成低水平的重復(fù)勞動，影響了軟件開發(fā)的進(jìn)度和水平的提高。

2 模具CAD/CAM技術(shù)的優(yōu)越性

模具CAD/CAM技術(shù)無論在提高生產(chǎn)率、改善質(zhì)量方面、降低成本、減輕勞動強(qiáng)度等有較大的優(yōu)越性。

（1）CAD/CAM可以提高模具設(shè)計(jì)和制造水平，從而提高模具質(zhì)量。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存儲了各有關(guān)專業(yè)的綜合性的技術(shù)知識，為模具的設(shè)計(jì)和制造工藝制定提供了科學(xué)依據(jù)。計(jì)算機(jī)與設(shè)計(jì)人員交互作用，有利于發(fā)揮人機(jī)各自的特長，使模具設(shè)計(jì)和制造工藝更加合理化。系統(tǒng)采用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有助于某些工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。采用CAM技術(shù)極大地提高了加工能力，可加工傳統(tǒng)方法難以加工或根本無法加工的復(fù)雜模具型腔，滿足了生產(chǎn)需求。

（2）CAD/CAM可以節(jié)省時間，提高效率。CAD與CAM一體化可顯著縮短從設(shè)計(jì)到制造的周期。例如日本利用級進(jìn)模MEL系統(tǒng)和沖孔彎曲模PENTAX系統(tǒng)，采用先進(jìn)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)技術(shù)，使設(shè)計(jì)時間縮短為原來的1/10。

（3）CAD/CAM技術(shù)可以大幅度降低成本。計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算和自動化繪圖大大節(jié)省了勞動力。優(yōu)化設(shè)計(jì)節(jié)省了原材料，例如沖壓件毛坯優(yōu)化排樣可使材料利用率提高5%～7%。采用CAM可減少模具的加工和調(diào)試工時，使制造成本降低。

3 模具CAD/CAM技術(shù)的特點(diǎn)

（1）模具CAD/CAM系統(tǒng)必須具備描述物體幾何形狀的能力

無論設(shè)計(jì)什么類型的模具，開始階段必須提供產(chǎn)品零件的幾何形狀。這就要求模具CAD系統(tǒng)具備描述幾何形狀的能力，即幾何造型功能。否則，就無法輸入關(guān)于產(chǎn)品零件的幾何信息，設(shè)計(jì)程序便無法運(yùn)行。另外，為了編制NC加工程序、計(jì)算刀具軌跡，也需要建立模具零件的幾何造型。因此，幾何造型是模具CAD/CAM中的一個重要問題。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)模具CAD/CAM的必要條件

為了便于實(shí)現(xiàn)模具CAD，減少數(shù)據(jù)的存儲量，在建立模具CAD系統(tǒng)時首先要解決的問題便是標(biāo)準(zhǔn)化問題，包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)則的標(biāo)準(zhǔn)化、模具零件的模具結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化。有了標(biāo)準(zhǔn)化的模具結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)模具時可以選用典型的模具組合，選用標(biāo)準(zhǔn)模具零件，需要設(shè)計(jì)的只是少數(shù)工作零件。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的問題較多，有技術(shù)問題，也有管理問題。目前我國已經(jīng)頒布“標(biāo)準(zhǔn)化法”，對已公布的模具標(biāo)準(zhǔn)，模具CAD中應(yīng)予以貫徹使用。

（3）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的處理是CAD中的一個重要問題

人工設(shè)計(jì)模具所依據(jù)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則大部分是以數(shù)表和線圖形式給出的。在編制設(shè)計(jì)程序時，必須對這些數(shù)表和線圖進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，將其變成?jì)算機(jī)能夠處理的表達(dá)形式。程序化和公式化是處理數(shù)表和線圖形式設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的基本方法。對于某些定性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，計(jì)算機(jī)程序無法采用，需要深入研究，總結(jié)出便于使用的定量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。有些經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則難以程序化和公式化，這就需要通過人機(jī)交互方式發(fā)揮經(jīng)驗(yàn)的作用。

（4）模具CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)具有充分的柔性

模具的結(jié)構(gòu)隨產(chǎn)品的不同而變化，模具型面的幾何形狀復(fù)雜?，F(xiàn)階段，模具的設(shè)計(jì)方式基本上屬于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)質(zhì)量在很大程度上取決于設(shè)計(jì)者的技巧。模具的生產(chǎn)方式為單位的或小批量的，大量生產(chǎn)模具的情況極為少見。所有這些，要求模具CAD/CAM系統(tǒng)具有充分的柔性，即可以根據(jù)不同產(chǎn)品的特點(diǎn)和生產(chǎn)條件，靈活地做出抉擇，方便地修改設(shè)計(jì)。因此，在開發(fā)模具CAD/CAM系統(tǒng)時，不僅要考慮全面的功能，較高的效率，還應(yīng)提供充分的柔性。這是實(shí)用化的模具CAD/CAM系統(tǒng)所應(yīng)具備的基本條件之一。

4 CAD/CAM技術(shù)發(fā)展趨勢

（1） 基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

隨著計(jì)算機(jī)硬件與軟件的進(jìn)步以及工業(yè)部門的實(shí)際需求，國外許多著名計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)商已能按實(shí)際生產(chǎn)過程中的功能劃分產(chǎn)品系列，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM/CAE的一體化。解決了傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實(shí)際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題。CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)一般覆蓋了集合建模、逆向工程、工業(yè)設(shè)計(jì)、工程制圖、仿真分析、快速原型、數(shù)控編程、測量分析等領(lǐng)域。系統(tǒng)的每一個功能均可獨(dú)立運(yùn)行，又可通過數(shù)據(jù)接口與其他系統(tǒng)相兼容，并能按要求進(jìn)行組合。做到了開放性、兼容性與專業(yè)化的統(tǒng)一。

（2） 智能化程度逐步提高

現(xiàn)階段，模具設(shè)計(jì)和制造在很大程度上仍然依靠模具設(shè)計(jì)和制造工程師的經(jīng)驗(yàn)。僅憑軟件有限的數(shù)值分析功能無法為用戶提供完善和正確的設(shè)計(jì)結(jié)果，軟件的智能化功能必不可少。面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具設(shè)計(jì)與制造軟件先進(jìn)性和實(shí)用性的重要標(biāo)志。

（3） 設(shè)計(jì)和工藝的最優(yōu)化

產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝的最優(yōu)化始終是人們追求的目標(biāo)。目前，大多數(shù)模具CAD/CAM系統(tǒng)中使用的設(shè)計(jì)方法和手工設(shè)計(jì)時的方法基本相同。系統(tǒng)采用交互式運(yùn)行，當(dāng)遇到一些復(fù)雜問題時，由設(shè)計(jì)人員加以選擇和判斷。因此，模具的可靠性仍然存在問題，難以保證一次成功。用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，排除不可行的方案，有助于獲得較佳的設(shè)計(jì)，提高模具的可靠性。

[1]唐志玉編著.大型注塑模具設(shè)計(jì)技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]王剛，單巖.Moldflow模具分析應(yīng)用實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[3]單巖，王蓓，王剛等.Moldflow模具分析技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.081