CAM技術(shù)在現(xiàn)代塑料模具設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

孫高鋼，馮清梅

(臺(tái)州第一技師學(xué)院，浙江 溫嶺 317500)

我國(guó)塑料工業(yè)在數(shù)十年的發(fā)展過(guò)程中逐漸積累了經(jīng)驗(yàn)。目前，我國(guó)塑料工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)達(dá)到了比較成熟的程度。模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要生產(chǎn)工具，模具的應(yīng)用大大提升了工業(yè)生產(chǎn)制造的工作效率，模具的使用可以保證工件制造質(zhì)量的統(tǒng)一性。而工程塑料對(duì)耐久性、耐腐蝕性、耐高溫等方面都有著較高的標(biāo)準(zhǔn)要求。塑料模具對(duì)模具尺寸、形位有著較高的精準(zhǔn)度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，單憑手工加工已經(jīng)難以滿足塑料模具的生產(chǎn)要求，生產(chǎn)效率也較為低下，難以滿足我國(guó)工業(yè)發(fā)展的需求。CAM技術(shù)是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)研發(fā)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)，其通過(guò)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，再由數(shù)控機(jī)床完成制造與拼裝。CAM技術(shù)可以為塑料模具生產(chǎn)提供計(jì)算機(jī)輔助制造，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)塑料模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，再通過(guò)工程軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)力學(xué)結(jié)構(gòu)、模具強(qiáng)度、精度等性能方面的測(cè)試，顯著提升了塑料模具的制造質(zhì)量。將CAM技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代塑料模具的設(shè)計(jì)與制造中，可以更好地保證模具的設(shè)計(jì)制造水平，達(dá)到進(jìn)一步提升工業(yè)生產(chǎn)水平的目的。

1 CAM技術(shù)概述

CAM技術(shù)是20世紀(jì)50年代由美國(guó)麻省理工學(xué)院率先提出的技術(shù)理念，在之后的發(fā)展中逐漸成熟，目前已經(jīng)成為一種可以代替工業(yè)手工生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)。CAM技術(shù)建立在計(jì)算機(jī)分級(jí)結(jié)構(gòu)體系之上，其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可分為多個(gè)層級(jí)，具體組成包括數(shù)控機(jī)床、傳送部分、裝載部分以及質(zhì)量檢測(cè)等，根據(jù)硬件與軟件加以詳細(xì)區(qū)分。

從狹義上來(lái)說(shuō)，CAM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)從模具設(shè)計(jì)到制造完成整個(gè)過(guò)程的生產(chǎn)工作，其不僅包含了對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的制定、生產(chǎn)進(jìn)程的設(shè)計(jì)、工序工時(shí)的設(shè)計(jì)，也涉及了對(duì)加工、組裝、質(zhì)檢、保存以及輸送等方面的檢測(cè)與管理，該技術(shù)的概念可以等同于數(shù)控技術(shù)。

2 CAM技術(shù)在塑料模具設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用策略

2.1 在并行工程基礎(chǔ)上的應(yīng)用

并行工程是一種在集成化、并行思想下的生產(chǎn)管理模式，在該思想下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，這是與串行生產(chǎn)管理模式完全不同的新型生產(chǎn)管理模式。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)集成，將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程完全囊括，涵蓋產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，這對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的工作水平都有著較好的提升效果，也能更好確保各個(gè)環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量。

在并行工程基礎(chǔ)上引入CAM技術(shù)，可以更好地適應(yīng)全球經(jīng)濟(jì)一體化的大環(huán)境，保證企業(yè)能夠?qū)ιa(chǎn)資源進(jìn)行更好的管理與利用，提升資源的利用效率。在生產(chǎn)初期階段，利用CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，再利用CAE技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)完成后的產(chǎn)品進(jìn)行模擬檢驗(yàn)，測(cè)試其具體性能，最終完成塑料模具產(chǎn)品的制造工作。CAM技術(shù)的應(yīng)用改變了以往的制造模式，將工作重心從整個(gè)工藝的最后一步轉(zhuǎn)移出來(lái)，轉(zhuǎn)變到整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程之中。CAD技術(shù)的應(yīng)用首先應(yīng)建立一個(gè)完整的CAX體系，該體系可以按照生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行工作任務(wù)的分配，為設(shè)計(jì)階段設(shè)置CAD小組，為產(chǎn)品性能預(yù)估階段設(shè)置CAE小組，為產(chǎn)品制造階段設(shè)置CAM小組，通過(guò)各小組的配合，完成對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造工作。各小組之間加強(qiáng)溝通交流，能夠加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率，及時(shí)找到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的缺陷，提升設(shè)計(jì)制造效率，縮短研發(fā)周期，減少生產(chǎn)成本，進(jìn)一步提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

塑料模具在精度上有著較高的要求，因此，將整個(gè)生產(chǎn)流程按照設(shè)計(jì)、制造與檢驗(yàn)加以區(qū)分，再通過(guò)加強(qiáng)三者之間的聯(lián)系來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升，這樣就能達(dá)到縮短生產(chǎn)時(shí)間、提高資源利用效率的目的，各小組涉及的工作內(nèi)容可參考表1。

表1 CAX體系Tab.1 CAX system

2.2 基于逆行工程的CAM技術(shù)

逆行工程是指在現(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)流程、產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)要素的逆向推導(dǎo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的改進(jìn)式設(shè)計(jì)。整個(gè)仿形加工步驟為對(duì)產(chǎn)品實(shí)體的仿形建模，實(shí)現(xiàn)仿形加工，最后進(jìn)行后續(xù)的修改。而原本仿形加工是由人工操作來(lái)達(dá)成的，在原本加工模式下加入CAM技術(shù)，可以對(duì)仿形加工的生產(chǎn)模式加以優(yōu)化，通過(guò)CAM技術(shù)提升設(shè)計(jì)制造效率。

在逆行工程下應(yīng)用CAM技術(shù)的方法如下：第一，利用坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備以及3D激光掃描儀實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品原型的數(shù)據(jù)記錄。第二步，利用測(cè)量得出的數(shù)據(jù)完成對(duì)產(chǎn)品的模擬建模，將每個(gè)組件進(jìn)行單獨(dú)的處理分析。第三，完成產(chǎn)品組件的處理分析后，利用CAD軟件導(dǎo)出模型數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的模擬建模，確保模型與實(shí)物的模擬。第四，將CAD模型進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)修正，修正完成后，按照CAD模型完成實(shí)物的制造，對(duì)制造出的成品與原本產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)物對(duì)比，根據(jù)對(duì)比差異進(jìn)行后續(xù)的修正，通過(guò)多次的對(duì)照修改，確保仿形產(chǎn)品與原產(chǎn)品的高度擬合。第五，經(jīng)過(guò)多次的對(duì)照修改，最終確定模具，投入生產(chǎn)。

2.3 知識(shí)工程下的CAM技術(shù)應(yīng)用

近年來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)逐漸加入了人工智能技術(shù)的應(yīng)用，人工智能技術(shù)可以顯著提升生產(chǎn)效率，同時(shí)計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息也能對(duì)設(shè)計(jì)提供更加專(zhuān)業(yè)的分析與判斷。在知識(shí)工程基礎(chǔ)上應(yīng)用CAM技術(shù)，不僅可以通過(guò)人工智能技術(shù)為模具設(shè)計(jì)提供更高的數(shù)據(jù)支持，還能提供更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)用CAM技術(shù)時(shí)，應(yīng)先建立塑料模具專(zhuān)業(yè)知識(shí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)提供信息資源，再利用人工智能技術(shù)模擬行業(yè)專(zhuān)家，對(duì)塑料模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行智能分析，判斷設(shè)計(jì)成果是否完美，最終提出相應(yīng)的決策性建議。

3 CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)的進(jìn)一步集成

在未來(lái)的塑料模具生產(chǎn)中，設(shè)計(jì)軟件與檢驗(yàn)軟件之間的匹配性會(huì)越來(lái)越高。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)之間緊密配合，CAM技術(shù)將作為重要的聯(lián)系手段。要想更好地應(yīng)用CAM技術(shù)，必須做好CAD、CAE等技術(shù)的前期工作，這樣才能提升設(shè)計(jì)水平，確保較高的設(shè)計(jì)質(zhì)量，避免返工情況的發(fā)生，有效地控制生產(chǎn)成本。

3.2 與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的緊密結(jié)合

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，在未來(lái)的塑料模具生產(chǎn)工作中，還要注意對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入。CAM技術(shù)是建立在充足的數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)備基礎(chǔ)之上的，企業(yè)如果隔絕與外界的聯(lián)系，不能實(shí)現(xiàn)技術(shù)信息的交流，就很難發(fā)揮CAM技術(shù)的全部性能。加強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，才能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的交流與資源的共享。

4 結(jié)語(yǔ)

在塑料模具設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用CAM技術(shù)，可以顯著提升設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)水平，同時(shí)，也能提高各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)性，進(jìn)而達(dá)到提升生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、促進(jìn)企業(yè)發(fā)展的目的。