CAD/CAM技術(shù)在橡膠機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

摘要：CAD/CAM技術(shù)自1970年開(kāi)始在我國(guó)引進(jìn)，并被制造行業(yè)廣泛地推廣和使用。文章通過(guò)介紹CAD/CAM技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，同時(shí)結(jié)合自身實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)介紹幾種技術(shù)在橡膠設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，以此做經(jīng)驗(yàn)的分享。

關(guān)鍵詞：橡膠設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)；CAC/CAM

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ330 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）29-0029-02

隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中被廣泛地普及和應(yīng)用，特別是在橡膠行業(yè)。通過(guò)技術(shù)在該行業(yè)的大力推廣和應(yīng)用，使得橡膠行業(yè)整體的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的周期明顯縮短，導(dǎo)致市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常的激烈。但是，從整體來(lái)看，CAD/CAM技術(shù)在我國(guó)的推廣還不夠，很多的橡膠企業(yè)在該方面技術(shù)的應(yīng)用有限，導(dǎo)致整體運(yùn)用的效率不高，特以此結(jié)合自身在橡膠行業(yè)中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)與大家做分享。

1 CAD/CAM技術(shù)概述

1.1 定義

CAD（簡(jiǎn)稱(chēng)為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)的硬件和軟件，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖以及工程分析與文檔編制的總稱(chēng)。CAD作為現(xiàn)代常用的繪圖工具，其通過(guò)利用人的經(jīng)驗(yàn)和判斷，將人和電腦聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)人機(jī)對(duì)話(huà)或者是圖形顯示方法，從而達(dá)到互補(bǔ)的效果。而我們不能將CAD簡(jiǎn)單地等同于計(jì)算機(jī)繪圖，而是人利用計(jì)算機(jī)的硬軟件方面的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到擺脫以往的通過(guò)手工繪制的目標(biāo)。

CAM（稱(chēng)為計(jì)算機(jī)輔助制造）是指利用計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理進(jìn)行控制的程序的總稱(chēng)，其主要運(yùn)用在模具的設(shè)計(jì)以及模具的刀切路徑等。

1.2 CAD和CAM技術(shù)的關(guān)系

CAD與CAM作為兩種不同的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，其既有區(qū)別，也有聯(lián)系。首先體現(xiàn)在其主要的用途是不一樣的，其中CAD主要應(yīng)用為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和繪圖，而CAM主要體現(xiàn)在后期的產(chǎn)品制造和道具的切割路線(xiàn)等；其次兩者也是緊密聯(lián)系的，這主要體現(xiàn)在CAD作為CAM的重要的前提，為后者提供重要的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)CAD的不斷發(fā)展和進(jìn)步，也在推動(dòng)著后者技術(shù)的不斷前進(jìn)。因此在實(shí)際的運(yùn)用的過(guò)程中，必須將兩者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，通過(guò)不斷地磨合和總結(jié)，才能將兩者運(yùn)用得更好。

2 CAD/CAM技術(shù)在橡膠機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

2.1 CAD技術(shù)在橡膠模具設(shè)計(jì)的應(yīng)用

在橡膠的制造中，設(shè)計(jì)是第一步。設(shè)計(jì)者需要在電腦上面建立一個(gè)三維模型，在建立好三維模型之后，再對(duì)這個(gè)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)。而我們常見(jiàn)的的三維的CAD制圖軟件包括PrO/EuG或者是CATIA等。這些軟件使用各自有各自的優(yōu)勢(shì)，軟件強(qiáng)大的設(shè)計(jì)的曲面造型以及編輯和修改的功能，給設(shè)計(jì)者和使用者強(qiáng)大的視覺(jué)效果的沖擊，能真正體現(xiàn)用戶(hù)的設(shè)計(jì)的真實(shí)意圖，同時(shí)軟件可將設(shè)計(jì)的相關(guān)的參數(shù)等一并保存起來(lái)，同時(shí)為后面的模具的制造等打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)軟件還具有專(zhuān)門(mén)用于模塊的設(shè)計(jì)以及給模塊提供分型面的工具，從而使得在設(shè)計(jì)的時(shí)候，一些比較復(fù)雜的成型的零件能夠自動(dòng)地生成，從而減少設(shè)計(jì)的麻煩，大大縮短設(shè)計(jì)的時(shí)間。以PrO/E為例，其作為一個(gè)參數(shù)化和基于特征的實(shí)體模型的設(shè)計(jì)軟件，該軟件具有強(qiáng)大的功能，主要表現(xiàn)在其參數(shù)的方法和自身基于其特征的相關(guān)功能，通過(guò)該軟件獨(dú)特的功能，能夠給設(shè)計(jì)者從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到整個(gè)制造過(guò)程的全相關(guān)性參數(shù)，使得設(shè)計(jì)者在對(duì)任何的一個(gè)參數(shù)進(jìn)行修改的時(shí)候，都可自動(dòng)對(duì)其他的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的修改，這樣給設(shè)計(jì)者節(jié)省大量的時(shí)間。同時(shí)，該軟件工具有8個(gè)不同的設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)模塊，主要包含零件、裝配和制造等。這些模塊中PrO/MOLDESIGN模塊使得PTC能夠自動(dòng)完成對(duì)橡膠的模具的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，大大提高設(shè)計(jì)者對(duì)模具設(shè)計(jì)的效率。

而PrO/MOLDESIGN作為其中的選擇性的模塊，為整個(gè)設(shè)計(jì)提供了方便和實(shí)用的工具，通過(guò)利用這些實(shí)用的工具，可以將三維的模型建成模具的裝配的模型，從而使得能更好地對(duì)核心的設(shè)計(jì)的完成。同時(shí)利用該軟件的功能，為模具設(shè)計(jì)過(guò)程提供實(shí)用的檢測(cè)功能，如厚度的檢測(cè)以及脫模檢測(cè)等。通過(guò)這些功能的檢測(cè)為設(shè)計(jì)節(jié)省大量的時(shí)間和工作。

2.2 CAM技術(shù)的應(yīng)用

CAM的作用是實(shí)現(xiàn)模具的制造，在制造的過(guò)程中，控制其中的設(shè)計(jì)和道具的切割等。而實(shí)現(xiàn)上面的過(guò)程，第一種方法是通過(guò)CAE的優(yōu)化和分析之后即可實(shí)現(xiàn)，這主要是通過(guò)CAE對(duì)數(shù)據(jù)模具的相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和分析，將其中的錯(cuò)誤消除之后，再通過(guò)CAM自動(dòng)地生成加工所需NC代碼后，以此即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的制造。如在實(shí)際的運(yùn)用中，我們可以通過(guò)利用PrO/E進(jìn)行優(yōu)化后，最終在CAM中生成仿真，以此產(chǎn)生代碼，從而對(duì)整個(gè)過(guò)程實(shí)施有效的控制，這樣不僅可以提高效率，同時(shí)可以降低制造的成本。

第二種方式是通過(guò)專(zhuān)業(yè)的CAM軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)注射模。通過(guò)利用PrO/E的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)CAE的評(píng)估消除錯(cuò)誤后，直接將數(shù)據(jù)傳入CAM中進(jìn)行模擬的加工。在這其中，MasterCAM作為現(xiàn)階段我國(guó)數(shù)據(jù)加工的產(chǎn)用的工具，具有模擬切割、規(guī)劃切割的路徑等一系列的功能，最終將數(shù)據(jù)傳到數(shù)控的機(jī)床，完成橡膠制品的加工。

2.3 橡膠行業(yè)中常用的CAM軟件SW的應(yīng)用

SW，即Solid Works，是由美國(guó)的生信國(guó)際有限公司推出的一款機(jī)械設(shè)計(jì)軟件。該軟件主要運(yùn)用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析、工程相關(guān)數(shù)據(jù)的管理以及數(shù)控模具的加工等。

在模具的制造過(guò)程中，SW主要是利用三維造型技術(shù)，對(duì)復(fù)雜的模具進(jìn)行生產(chǎn)和加工。在實(shí)際的建模中，形成特征與添加特征作為三維造型最基本的方法。同時(shí)實(shí)際建模是生成特征和添加特征的一個(gè)過(guò)程。在軟件的使用的過(guò)程中，其基本的原則是三維建模的過(guò)程當(dāng)中，盡可能地與其在加工的過(guò)程保持一致；同時(shí)在建模的整個(gè)過(guò)程中應(yīng)該盡可能地考慮到文件修改的方便與加工過(guò)程的要求，在其中盡量利用多個(gè)特征建造一個(gè)模型，通過(guò)對(duì)特征的壓縮得出模型新配置，作為在零件的加工過(guò)程中的中間環(huán)節(jié)，以此更好地滿(mǎn)足后續(xù)的加工要求。

在實(shí)際的運(yùn)用中，SW是具有全參數(shù)化特征的造型軟件。其具有非常全面的零件實(shí)體的建模功能，同時(shí)可進(jìn)行變量化的草圖的輪廓設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)參數(shù)以此改變特征的大小和具體的位置，自動(dòng)進(jìn)行過(guò)程的約束，進(jìn)行特征換續(xù)的操作。通過(guò)軟件自身的放樣、曲面的縫合以及曲面的拱頂?shù)裙δ芸缮杀容^復(fù)雜的一些構(gòu)造的曲面。通過(guò)該軟件可快捷和方便地完成對(duì)整個(gè)工程圖的設(shè)計(jì)和制造，同時(shí)圖紙具有的相關(guān)性，簡(jiǎn)化了其中的設(shè)計(jì)過(guò)程。運(yùn)用SW軟件，其建立的實(shí)體的模型、其中的圖紙和裝配能自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)的更新，同時(shí)當(dāng)圖紙中試圖在修改的時(shí)候，其三維立體的模型也會(huì)隨著參數(shù)的變化而不斷的改變。SW軟件可允許用戶(hù)通過(guò)利用相關(guān)零件的設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)定義自身的標(biāo)準(zhǔn)的件庫(kù)，從而在很大地程度上減少了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)力，同時(shí)SW可支持不同類(lèi)型的軟件，如ASCⅡ等。同時(shí)通過(guò)SW的使用，可以對(duì)那些比較復(fù)雜的零件通過(guò)自頂向下的設(shè)計(jì)，運(yùn)用一個(gè)幾何體零件看定義相關(guān)聯(lián)的零件的相關(guān)的參數(shù)和加工特征，從而節(jié)約設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的時(shí)間，縮短開(kāi)發(fā)周期。正是運(yùn)用了SW的這種裝配體的設(shè)計(jì)方法，可有效地將一個(gè)零件的幾何體去定義另一個(gè)零件或者是生成組裝的零件后，在添加其加工的特征，這是SW在復(fù)雜的橡膠行業(yè)復(fù)雜零件的制造中最獨(dú)特的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)的橡膠行業(yè)前進(jìn)的步伐，我國(guó)與國(guó)際的模具的制造水平也在越來(lái)越縮小。要不斷提高我國(guó)的制造技術(shù)，就必須使得我國(guó)的橡膠模具等朝著數(shù)據(jù)化、精細(xì)化和智能化方向發(fā)展，同時(shí)也只有不斷地開(kāi)發(fā)出新的CAD的技術(shù)，不斷完善CAM的技術(shù)體系，將其中的相關(guān)的技術(shù)細(xì)分化和精細(xì)化，做到通過(guò)技術(shù)將設(shè)計(jì)的周期不斷地縮短，從而才能從整體上推動(dòng)橡膠模具的不斷向前發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：陳剛（1982—），男，山東青島人，軟控股份有限公司助理工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。