模具制造與加工應用中的CAD技術應用

李萬虎

中圖分類號：G637.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-8882（2015）05-102-01

我國在上世紀70年代末開始對模具CAD系統(tǒng)進行開發(fā)，起步較晚，與工業(yè)發(fā)達國家的差距較大。目前，我國研發(fā)的CAD系統(tǒng)主要有：精密沖模CAD系統(tǒng)，北京機電研究院研發(fā)的沖截模CAD系統(tǒng)，華中科技大學研發(fā)的冷沖模CAD系統(tǒng)以及上海交通大學研發(fā)的冷沖模CAD系統(tǒng)，除此之外，西安交通大學、清華大學、浙江大學等在模具CAD系統(tǒng)研制方面也取得較多的成果。目前CAD技術在我國模具工業(yè)中推廣與應用還存在著不少問題例如1CAD技術應用的集成化程度低，許多企業(yè)仍然停留在NC編程、繪圖等的應用上。2CAD系統(tǒng)大部分需要依靠進口。3）應用技術和設備的缺乏導致很多些企業(yè)引進的CAD系統(tǒng)沒能充分發(fā)揮其功效。由于我國對CAD技術的重視程度提高以及汽車等工業(yè)的發(fā)展迅猛，SCAD技術的研發(fā)、推廣與應用提供了良好的條件。

在零件的加工過程中，把零件的形狀、尺寸、加工步驟、工藝參形式的代碼，將這些代碼輸入數(shù)控機床的控制系統(tǒng)中，這些代碼經過理后驅動伺服系統(tǒng)來控制機床工作，自動對零件進行加工。三維真實感流動模擬技術雖然具有很多優(yōu)勢，但是也存在一些缺陷。由于采用一維有限差分和二維有限元的稱合，不能兼顧到液態(tài)塑料在厚度方向上流動的速度，因此不能分析成型過程中的微觀表現(xiàn)，比如液態(tài)塑料前沿的推進方式和流動形態(tài)。然而直接利用塑了件三維實體的基本信息來生成立體的三維流動模擬技術，用生成的三維立體網格直接進行有限元計算，并且分析的結果能直接在三維實體上顯示出來。

隨著電子技術的不斷發(fā)展，數(shù)控技術由以前的硬件數(shù)控發(fā)展到了計算機控制。采用計算機控制，不僅提高了數(shù)控機床的加工精度，而且拓展了數(shù)控技術的應用范圍。隨著對數(shù)控加工技術不斷的研究與完善，各種通用及專用的CAD系統(tǒng)不斷被研發(fā)出來，目前數(shù)控技術以及CAD系統(tǒng)在模具設計與加工領域中起著不可替代作用。在模具加工過程中，利用數(shù)加工控技術可明顯縮短模具制造周期，提高模具制造加工精度以及降低成本。數(shù)控銑是在模具數(shù)控加工中最常用的加工方法。數(shù)控編程是指從零件形狀和尺寸到得到加工程序的整個過程。數(shù)控編程的的任務主要是計算加工走刀過程中的刀位點。一般來說，取刀具表面的交點與刀具軸線作為刀位點，如果是在多軸加工中需要給出刀軸矢量。數(shù)控編程過程是目前CAD / CAPP / CAM系統(tǒng)中最能體現(xiàn)效益的環(huán)節(jié)之一，它在實現(xiàn)提高加工質量和加工精度、加工自動化、縮短產品研發(fā)周期等這些方面發(fā)揮著非常重要的作用。在汽車工業(yè)、航空工業(yè)等諸多領域都有著廣泛的應用

我國“十二五”規(guī)劃中對模具工業(yè)發(fā)展提出了明確目標：模具的加工精度達到士0.001mm；生產周期縮短30%；機床數(shù)控使用率提高一倍；復雜、精密、大型等模具制作的比例提高到10%。為了實現(xiàn)上述目標，對模具加工技術提出了跟高的要求。作為模具加工的重要技術——數(shù)控加工技術在近年來也取得了較大的發(fā)展。德國DMG公司研發(fā)的DMG50 EVO linear五軸聯(lián)動加工中心，使x軸的移動達到了80m/min，主軸轉速18000r/min，其加速度達到了lOm/s2。日本森精機制作所研制的NV4000 DCG高精度立式加工中心主軸轉速也達到了2000r/rain。另外，瑞士，美國，西班牙，臺灣等相關公司也相繼研制出了各類先進設備我國沈陽機床集團、華中數(shù)控、廣州數(shù)控等企業(yè)先后研制了大量的先進設備，比如北京機床所精密機電有限公司研制的M1000-3V高精度立式加工中心主軸轉速達到12000r/rain，換刀時間1. 5s/（T-T），ATC刀具數(shù)為24，并且該加工中心各軸的定位精度達到0.008mm，重復定位精度達到了0.004mm。就設備而言，數(shù)控統(tǒng)床、加工中心等正向高精、高速、復合、柔性化、智能等方向發(fā)展。我國此類設備比發(fā)達國家相比還有一定的差距，許多高精密設備仍需進口。

CAD是近20年以來在工業(yè)上快速發(fā)展的計算機應用技術，CAD技術的推廣與應用，導致了制造業(yè)的技術革命，極大地改變了產人們設計和制造方式和手段。CAD技術在模具制造業(yè)中廣泛應用，大大地提高了生產效率，改善了產品質量，降低了成本以及減輕了勞動強度。由于跟傳統(tǒng)方法相比，模具CAD技術應用擁有無法比擬的優(yōu)越性，因此越來越多的模具企業(yè)對CAD技術的研發(fā)與應用開始重視”

比如，1964年美國通用公司就研發(fā)出了一款車身CAD系統(tǒng)，1966年英國PSF公司采用CAD系統(tǒng)實現(xiàn)了汽車車身制造一體化技術的改革；1973年前后美國DIECOMP公司研制的PDDC連續(xù)模CAD系統(tǒng)，可以根據(jù)產品類型選擇模具的結構形式，極大地方便了凸模、模架和模芯等的設計工作。該系統(tǒng)的應用不僅提高了產品質量，而且縮短了模具的設計周期，設計一套模具的周期由原來的8周縮短至2周。1977年，捷克研發(fā)成功的AKT系統(tǒng)，適用于各類簡單、復合以及連續(xù)沖截模的設計與制造，使用該系統(tǒng)可降低一半的成本，時間有一個月縮至八天；日本在1978年研發(fā)的MEL系統(tǒng)和1979年研制的PENTAX系統(tǒng)，能提高4一 10倍的設計效率；1985年由日本日新精密機器公司研發(fā)改進的模具CAD系統(tǒng)可進行自動數(shù)控編程，并且對其軟件進行能二次開發(fā)。

在模具的設計與數(shù)控加工過程中，特別是針對復雜、高精密模具的設計與制作過程中，如何在提高模具質量的基礎上，提高設計與加工效率、降低成本。本課題以熱水器視窗蓋為例進行模具CAD在實際生產中的應用研究，并通過生產實踐來證明，在材料、設備、加工策略不變的情況下，使用模具CAD來提高加工精度和工作效率。 運用CAD對復雜、高精密模具進行設計；用Delcam軟件的編程模塊PowerMILL對加工過程進行仿真驗證，根據(jù)仿真結果選取出合適的程序與參數(shù)，進行實際生產。在現(xiàn)代模具制造過程中，對采用CAD技術進行模具設計和數(shù)控加工過程的優(yōu)化，能顯著地提高模具加工質量與模具加工效率。在本文中，根據(jù)模具設計與制造的理論與實際生產情況，結合先進的CAD技術，探討提高模具設計和數(shù)控加工質量和效率的措施，并為實際生產提供相應的依據(jù)，具有一定的實際意義。