CAD/CAM在高精密模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用

摘要：現(xiàn)今，傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)已經(jīng)非常落后，難以滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)模具的要求，所以新模具設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研制迫在眉睫?；谶@種形勢(shì)，模具CAD/CAM技術(shù)得以迅速發(fā)展，并在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中占據(jù)重要地位。目前在模具的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中已較廣泛應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)，CAD/CAM技術(shù)能夠使生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本顯著縮減，使經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率明顯提高。文章對(duì)CAD/CAM的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，闡述了CAD/CAM在高精密模具設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：CAD/CAM；高精密模具；模具設(shè)計(jì)制造；模具精度；模具檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）19-0044-03

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，家電、汽車(chē)、摩托車(chē)等工業(yè)也得以快速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品在性能達(dá)到要求的條件下，它的外形產(chǎn)生越來(lái)越復(fù)雜的變化，另外，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度也不斷加快，而模具與這些產(chǎn)品的制造緊密相關(guān)，這就對(duì)模具制造行業(yè)提出了一個(gè)新的要求，要求其能以最高的質(zhì)量、最低的成本、最快的速度進(jìn)行模具生產(chǎn)。因此，模具企業(yè)通過(guò)利用集成制造技術(shù)CAD/CAM和先進(jìn)的管理措施，從而在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地。CAD/CAM技術(shù)，也就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以及計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)較為完善。實(shí)踐證明，各種數(shù)控（NC）加工編程問(wèn)題和復(fù)雜形狀模具的造型都得到了很好的處理，實(shí)現(xiàn)了良好的尺寸協(xié)調(diào)性及精度，提高了幾倍生產(chǎn)效率，使產(chǎn)品生產(chǎn)周期和設(shè)計(jì)時(shí)間大大縮短，而且保證提高了模具質(zhì)量，其技術(shù)廣泛應(yīng)用于數(shù)控加工及設(shè)計(jì)復(fù)雜型面模具。

1 CAD過(guò)程

1.1 利用的CAD數(shù)據(jù)模型可以是現(xiàn)有客戶(hù)提供的，將其轉(zhuǎn)換成所需圖形

有的客戶(hù)會(huì)把繪制好的圖形提供給模具企業(yè)。模具企業(yè)制造方和客戶(hù)方如果使用的軟件不一致，圖紙數(shù)據(jù)交流困難的情況就會(huì)產(chǎn)生，因此數(shù)據(jù)接口問(wèn)題必須解決。由于大部分CAD程序的數(shù)據(jù)庫(kù)形式各有不同，而與其他程序不能共同使用幾何數(shù)據(jù)，所以CAD幾何體在由客戶(hù)方向企業(yè)制造方提供的時(shí)候，必須進(jìn)行翻譯，使其成為模具企業(yè)制造方能夠接受并讀取。一般情況下是通過(guò)如標(biāo)準(zhǔn)“IGES”或“STEP”通用幾何體轉(zhuǎn)換，或者專(zhuān)用的轉(zhuǎn)化器實(shí)施數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

1.2 設(shè)計(jì)圖形直接利用CAD/CAM技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，在生產(chǎn)模具的過(guò)程中廣泛應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)，通常情況下在以市場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行周密研究，然后進(jìn)行生產(chǎn)決策，之后生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)開(kāi)始操作手段，緊接著開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)模具的工作人員使用模CAD工作站，對(duì)模具設(shè)計(jì)中的分析、造型、計(jì)算以及繪制工程圖等工作進(jìn)行完成，而且評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能在設(shè)計(jì)階段就可以進(jìn)行，設(shè)計(jì)者從繁重的繪圖中可以得到解脫，可以在創(chuàng)造性的工作上應(yīng)用更多的時(shí)間。

2 CAM過(guò)程

2.1 集成制造CAD/CAM技術(shù)

圖1 模具集成制造運(yùn)行

建立單一的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)是模具CAD/CAM系統(tǒng)的集成重點(diǎn)，在CAD、CAM各單元間獲得自動(dòng)轉(zhuǎn)換與傳遞數(shù)據(jù)，使CAM階段能對(duì)CAD階段的三維圖形完全吸收，降低了中間建模的誤差和時(shí)間；利用計(jì)算機(jī)反復(fù)優(yōu)化和修改溫度在模具工作中的分布情況，以及在模具中的模具結(jié)構(gòu)、性能以及塑料液體流動(dòng)、加工精度情況等，

在正式生產(chǎn)前查找問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，使制模時(shí)間大大減少，模具加工精度大大提高。模具集成制造運(yùn)行圖見(jiàn)圖1，采用CAD/CAM軟件具備詳細(xì)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)等功能，面向的對(duì)象是參數(shù)化造型和統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)，它提供了一個(gè)良好的平臺(tái)發(fā)展模具的集成制造

技術(shù)。

2.2 模具高速加工應(yīng)用CAD/CAM

Salomon于60多年前提出高速加工的概念，并進(jìn)一步研究了高速加工技術(shù)。刀具直徑與主軸速度對(duì)高速加工產(chǎn)生很大作用，刀具壽命、所切削的材料及加工工藝等對(duì)還高速加工也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。通常來(lái)講，達(dá)40000r/min以上主軸速度可加工小型模具細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，而稱(chēng)12000r/min以上的主軸加工速度為高速加工，通?？杉庸ご笮推?chē)覆蓋件模具。

高速加工相比于傳統(tǒng)模具的加工方式，其優(yōu)點(diǎn)為：模具加工工序簡(jiǎn)化；模具表面的質(zhì)量加強(qiáng)；模具加工的速度提高；利于模具修復(fù)。因高速加工與傳統(tǒng)加工存在區(qū)別，高速加工的加工工藝要求比較特殊，所有的工藝過(guò)程都包含于數(shù)控加工的數(shù)控指令，所以，應(yīng)用CAM系統(tǒng)在高速加工的系統(tǒng)中對(duì)其相應(yīng)的特殊要求必須滿(mǎn)足：具有全程自動(dòng)刀柄干涉檢查和自動(dòng)防過(guò)切處理能力；CAM系統(tǒng)的計(jì)算編程速度必須很快；優(yōu)化處理進(jìn)給率功能；模具高速加工改變編程方式與要求編程人員；具有豐富的、與高速加工要求符合的加工策略。

2.3 生產(chǎn)過(guò)程管理應(yīng)用CAD/CAM

基本由個(gè)人計(jì)算機(jī)和小型計(jì)算機(jī)終端組成CAD/CAM系統(tǒng)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中FMS管理系統(tǒng)軟件可實(shí)施跟蹤管理。如外購(gòu)件的采購(gòu)狀況、流轉(zhuǎn)零件狀況、加工進(jìn)度、加工品質(zhì)、收貨狀況等都能夠掌握。通過(guò)對(duì)這種軟件的應(yīng)用可以節(jié)省勞動(dòng)力，幫助進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐赓?gòu)物品時(shí)機(jī)選擇。

完善的材料清單生成，就是在庫(kù)存管理中使所有加工狀況信息全部進(jìn)入。然后以加工工藝路線(xiàn)為依據(jù)實(shí)施加工。停工待料的時(shí)間、機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的數(shù)據(jù)及操作人員加工工時(shí)都可以通過(guò)該系統(tǒng)逐日提供。這樣不僅能夠減少機(jī)床空耗的時(shí)間，還能計(jì)算出實(shí)際的生產(chǎn)成本，以此實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本減少的目的。

2.4 模具檢測(cè)應(yīng)用CAD/CAM

可移動(dòng)式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x在傳統(tǒng)模具加工中的作用與三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x在配合CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)中的作用有很大區(qū)別。CAD/CAM系統(tǒng)測(cè)量空間在3250×2090 ×1370mm中，三標(biāo)測(cè)量?jī)x的任何一點(diǎn)都為0.015mm精度定位，可達(dá)40t測(cè)量塑料?；驔_模的零件質(zhì)量。測(cè)量?jī)x的測(cè)量精度如何保持最好的效果，應(yīng)將它放在一個(gè)獨(dú)立的機(jī)房中，與外界環(huán)境隔絕，保持室溫20℃。為了避免振動(dòng)影響測(cè)量結(jié)果，安裝三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x應(yīng)在質(zhì)量為100t的由氣墊支承的混凝土底座上。endprint

三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x作為一種工具，不僅可以最終檢驗(yàn)?zāi)＞咂焚|(zhì)，也可以在加工過(guò)程實(shí)施檢測(cè)，也就是中間檢驗(yàn)各道加工工序，從而掌握所需的幾何形狀如何更精確地加工。在對(duì)模具實(shí)施檢驗(yàn)的過(guò)程中，零件的各部位需以較密的軌跡進(jìn)行檢測(cè)。通常情況下檢驗(yàn)每一副模具需兩次，在沖壓加工之前一次、之后一次。檢驗(yàn)的過(guò)程中，上、下模型腔的對(duì)合狀況應(yīng)通過(guò)理論計(jì)算厚度方式測(cè)量，從而了解CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)精度的具體情況。

2.5 提高模具精度應(yīng)用CAD/CAM

引入CAD/CAM系統(tǒng)實(shí)施模具制造，對(duì)于沖壓模具來(lái)講，提高了加工精度，而主模型和靠模不必再使用。如公差加工具有很?chē)?yán)的要求，且磨削主要型腔面后需要的模具需手工拋光，具有良好效果的是用CAD數(shù)據(jù)加工，遠(yuǎn)勝于靠模和主模型的效果，其根本差距就是加強(qiáng)了控制尺寸。一般情況下模具的主要型腔表面是用CAD數(shù)據(jù)精確地加工出來(lái)的，然后把主要型腔面與其他零件一起配合加工?，F(xiàn)階段模具工程師可以利用各種CAD/CAM軟件生成CNC機(jī)床的刀具軌跡和實(shí)施模具設(shè)計(jì)，并且還能夠提供用于模具的熱性能分析和鑄造品質(zhì)改進(jìn)的有限元分析。

3 結(jié)語(yǔ)

CAD/CAM將分析、設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)管理模具有機(jī)融為一體，提供了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，提高模具制造水平。在設(shè)計(jì)制作模具的過(guò)程中，因用戶(hù)將產(chǎn)品三維造型模型提供出來(lái)，我們?cè)趯?shí)施模具設(shè)計(jì)與編程的過(guò)程中就可以直接利用這個(gè)模型，使我們節(jié)省了建模時(shí)間，減少了模具設(shè)計(jì)時(shí)間，縮短了模具制造工期，極大加強(qiáng)了加工精度。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和CAD/CAM技術(shù)的不斷進(jìn)步，模具工業(yè)將會(huì)產(chǎn)生更大的變革。

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作者簡(jiǎn)介：陳江虎（1973-），男，廣西蒙山人，供職于廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：模具設(shè)計(jì)與制造。endprint