基于CAD/CAM模具設(shè)計(jì)與制造的研究

李波

摘 要：模具生產(chǎn)已經(jīng)成為了工業(yè)生產(chǎn)中最主要的形式，CAD/CAM技術(shù)在模具生產(chǎn)中的應(yīng)用對(duì)改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力具有十分重要的作用。本文將對(duì)基于CAD/CAM模具設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行深入的研究。

關(guān)鍵詞：CAD；CAM；模具設(shè)計(jì)與制造

模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，模具工業(yè)在社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)中占據(jù)著十分重要的地位，制造業(yè)中60%～80%的零部件均需要依靠模具成型?，F(xiàn)代社會(huì)，模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要依據(jù)。近年來，我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，模具技術(shù)較之于過去有了明顯的提高，特別是CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力，對(duì)促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的健康發(fā)展起到了十分關(guān)鍵的作用。

一、CAD/CAM概述

CAD（Computer Aided Design）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，是一款具有強(qiáng)大功能的繪圖軟件，在汽車制造、航空航天、建筑、電子工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。CAD軟件在模具設(shè)計(jì)與制造中應(yīng)用主要是零件的建模與圖形繪制。CAM （computer Aided Manufacturing）計(jì)算機(jī)輔助制造是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的系統(tǒng)，主要包括計(jì)算機(jī)數(shù)控和計(jì)算機(jī)輔助過程設(shè)計(jì)。CAM的組成部分主要有硬件和軟件，數(shù)控機(jī)床、輸送裝置、儲(chǔ)存裝置等均屬于硬件部分，數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)輔助作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)度、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)等均屬于軟件部分。CAM在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用主要是實(shí)現(xiàn)零件的加工。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)上涌現(xiàn)出了形形色色的CAD/CAM軟件，比較有代表性的是美國(guó)PTC公司推出的PRO/E軟件，該軟件的功能異常強(qiáng)大，可以進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理等多項(xiàng)工作，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域。同樣是由美國(guó)推出的 Mastercam軟件在加工領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)十分明顯，既可以對(duì)刀位的軌跡進(jìn)行編程和校驗(yàn)，又能對(duì)切削加工的過程進(jìn)行仿真，由于該款軟件主要針對(duì)數(shù)控加工，所以其零件的設(shè)計(jì)造型功能不如PRO/E。在未來的發(fā)展中，如果能夠?qū)astercam和PRO/E結(jié)合起來使用將會(huì)對(duì)模具的設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)生十分積極的影響，當(dāng)然，二者在實(shí)踐中的關(guān)鍵技術(shù)仍然需要進(jìn)行深入的探討。

二、CAD/CAM模具設(shè)計(jì)與制造的研究背景

模具是影響制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、效益的重要因素，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)空間的拓展及經(jīng)濟(jì)效益的提高具有十分積極的意義。隨著經(jīng)濟(jì)全球化速度的逐步加快，通過振興模具工業(yè)來改善我國(guó)制造業(yè)長(zhǎng)期處于產(chǎn)業(yè)鏈中低端的不利局面已經(jīng)成為了所有從業(yè)者努力的重要方向。在過去，模具的設(shè)計(jì)與制造主要依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和技巧，存在著諸多的弊端，比如，技術(shù)含量低，加工質(zhì)量差，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，更新?lián)Q代慢，工藝參數(shù)不穩(wěn)定等等，這些問題嚴(yán)重制約著我國(guó)模具工業(yè)的健康發(fā)展。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用也越來越廣泛，最為典型的便是CAD/CAM技術(shù)。經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在模具設(shè)計(jì)與制造中引入CAD和CAM技術(shù)可以縮短設(shè)計(jì)周期，提高制造精度和產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)我國(guó)制造業(yè)的全面提升具有十分深遠(yuǎn)的影響。

三、CAD/CAM在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用

（一）CAM在模具設(shè)計(jì)與制造中關(guān)鍵技術(shù)

CAM在模具設(shè)計(jì)與制造中的關(guān)鍵技術(shù)主要有三點(diǎn)，其一，盡量用二維代替三維。大多數(shù)機(jī)床在三維曲面或?qū)嶓w加工中使用直線補(bǔ)插的方式，而二維軌跡的速度與精度要高于三維，因此，CAM在模具加工時(shí)用二維技術(shù)更為合適。其二，要充分考慮到工藝對(duì)模具產(chǎn)品造型的特殊需求。在模具的實(shí)際加工過程中，由于要考慮到加工工藝的情況，實(shí)際的造型往往會(huì)與設(shè)計(jì)造型有所區(qū)別，比如用于三軸加工的造型。其三，合理使用混合模型?；旌夏Ｐ椭饕窃谠O(shè)計(jì)造型和加工造型中使用。在設(shè)計(jì)造型中主要表現(xiàn)為實(shí)體和曲面的混合，而線框和曲面的混合則較為少見。加工造型則可以是實(shí)體、曲面及二維線框的任意混合使用。

（二）大量的三維技術(shù)應(yīng)用到模具的設(shè)計(jì)中

在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)與制造過程中需要考慮到多種因素，比如產(chǎn)品的審美價(jià)值、生產(chǎn)數(shù)量、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品材料等等，如果僅靠傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)技術(shù)很難在設(shè)計(jì)過程中將這些因素綜合起來，而在設(shè)計(jì)過程中引入三維技術(shù)不但可以很輕松的解決這些難題，還能為設(shè)計(jì)人員提供更多的選擇，為后期模具設(shè)計(jì)與制造工作打下了良好的基礎(chǔ)。

（三）遠(yuǎn)程技術(shù)在模具制造與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在模具設(shè)計(jì)與制造中應(yīng)用CAD/CAM軟件時(shí)，由于各個(gè)軟件在數(shù)據(jù)之間不能進(jìn)行及時(shí)的切換，必須要利用遠(yuǎn)程技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成才能確保CAD/CAM在模具設(shè)計(jì)與制造中充分發(fā)揮其作用。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，舊有的CAD/CAM集成已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代模具的設(shè)計(jì)與制造需要，在此背景下，高端集成應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，成為了當(dāng)代模具設(shè)計(jì)與制造不可或缺的重要因素。

四、CAM的加工方法

CAM在模具設(shè)計(jì)與制造中的加工方法主要有粗加工、精加工、知識(shí)加工和銑槽加工。

（一）粗加工

所謂粗加工是指CAM在模具設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)擔(dān)任加工型腔的重任，具體的操作流程是根據(jù)模型對(duì)選擇好的軸進(jìn)行粗加工，該環(huán)節(jié)不需要對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行過多的處理，只要合理選擇加工模式并實(shí)現(xiàn)初級(jí)加工即可。

（二）精加工

精加工是在粗加工的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，粗加工完成后要馬上進(jìn)行精加工，精加工的要點(diǎn)如下：通過曲面加工使模具變得更加的光滑，這一過程需要依據(jù)模具的等高線來進(jìn)行加工；在粗加工的基礎(chǔ)上修正不均勻區(qū)域，該操作過稱需要使用掃描線。總之，利用等高線和掃面線可以使模具的設(shè)計(jì)與制造過程更加完善。

（三）知識(shí)加工

知識(shí)加工主要包括兩點(diǎn)：生成模板和應(yīng)用模板。生成模板的主要功能是將前期加工過程中形成的各個(gè)流程進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄，其中包括對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的記錄。應(yīng)用模板的主要功能是根據(jù)生成模板記錄的流程和參數(shù)進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)與制造。

（四）銑槽加工

模具中需要加工的槽主要有直槽、環(huán)形槽、2D槽和3D槽。銑槽的加工方法主要有掃描式銑槽和曲線式銑槽。

掃描式銑槽：該加工方式利用掃面線的方式生成銑槽軌跡，主要適用于凹模、凸模及多個(gè)實(shí)體部位的加工。

曲線式銑槽：該加工方式的適合部位與掃描式銑槽相同，不同之處在于銑槽軌跡的生成用的是3D曲線。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，CAM/CAD技術(shù)在模具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)成為了行業(yè)的主流發(fā)展趨勢(shì)，可節(jié)約模具設(shè)計(jì)與制造成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，從總體上提高制造業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)和信息化技術(shù)的不斷進(jìn)步，在模具設(shè)計(jì)與制造過程中將會(huì)融入更多先進(jìn)的技術(shù)，這對(duì)推動(dòng)我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)的跨越式發(fā)展起到了關(guān)鍵性的作用。

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