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

伊丁香

摘要：隨著制造技術(shù)快速發(fā)展，塑料模具應(yīng)用范圍逐漸變廣，由于塑料模具操作具有一定困難性，再加上編程工作量相對(duì)較大，導(dǎo)致塑料模具使用效率無(wú)法提升。為解決此種問題，需要將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和制造一體化技術(shù)與塑料模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)進(jìn)行融合，從而在節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間的情況下，提升產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度。CAM技術(shù)是制造行業(yè)不可缺少的核心技術(shù)類型，同時(shí)也代表著制造業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：CAM技術(shù);塑料模具;設(shè)計(jì)制造;應(yīng)用

前言

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)工廠數(shù)控化程度 的不斷提高，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用已 經(jīng)非常普遍。CAM 軟件在提升數(shù)控機(jī)床 自身效率上發(fā)揮了重要作用，從零件模 型的建立到數(shù)控程序的生成，從實(shí)際模 擬機(jī)床加工過(guò)程到各種在線測(cè)量，都離 不開 CAM 軟件的支持，因此，CAM 軟 件的選擇是數(shù)控加工中一項(xiàng)非常重要的 工作，CAM 軟件的性能直接影響零件的 加工質(zhì)量及加工效率。 軟件的不斷更新升級(jí)，使其加工策 略比以前更精細(xì)，同時(shí)添加了車銑復(fù)合 模塊、五軸加工模塊和高效加工模塊等 加工模塊。

1 CAM 技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing， CAM）的核心技術(shù)為計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。此種系統(tǒng)可以合理應(yīng)用于制造生產(chǎn)領(lǐng)域和工程領(lǐng)域，通過(guò)軟件分析的方法確定系統(tǒng)功能，保證系統(tǒng)處理能力。

2 CAM 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1拓展加工能力優(yōu)化工藝方案

比如在五軸加工與車銑復(fù)合加工方面，五軸加工可以大幅提高機(jī)加工企業(yè)的產(chǎn)品加工能力，但目前復(fù)雜的五軸聯(lián)動(dòng)加工編程還存在一些問題，多軸加工能力是CAM軟件最大的價(jià)值體現(xiàn)，復(fù)雜的五軸聯(lián)動(dòng)加工編程必須由CAM軟件來(lái)完成。前些年，中航光電引進(jìn)五軸加工中心時(shí)，試切一個(gè)“S”型試切件，充分展示了五軸機(jī)床的加工能力，高效的刀路軌跡和可靠的防碰撞檢查都被無(wú)縫集成到CAM軟件中。正是憑借這樣的五軸加工能力，中航光電能夠勝任大多數(shù)加工需求，可以迎接更多復(fù)雜工件的挑戰(zhàn)。車銑復(fù)合加工可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工件的一次裝夾完成全部加工，這樣能夠最大限度地保證工件的尺寸及相關(guān)形位公差，尤其是一些核心關(guān)鍵部件，尺寸小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、公差要求嚴(yán)且表面光潔度要求高，按照以前的工藝技術(shù)方案，帶曲面或需要多軸加工的工序一般都放在加工中心上，這類工件如果分工序加工，每次裝夾都會(huì)產(chǎn)生誤差，最后累積誤差會(huì)越來(lái)越大，分工序加工的方案無(wú)法保證圖紙要求，并且加工效率很低。車銑復(fù)合機(jī)床結(jié)合CAM軟件，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合加工，不僅解決了復(fù)雜零件加工，提高了加工效率，更重要的是進(jìn)一步擴(kuò)展車削中心加工能力，可以實(shí)現(xiàn)曲面及多軸聯(lián)動(dòng)加工，這樣就大大拓展了工藝加工能力。很多工件都可以采用車削中心加工，不但可以保證加工質(zhì)量，而且效率也得到進(jìn)一步提升。工藝能力的拓展、提高，是生產(chǎn)效率提升，保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

2.2有效提高加工效率

CAM軟件的最大特點(diǎn)之一是能夠?qū)崿F(xiàn)高效加工。原來(lái)我們認(rèn)為大型難加工材料的開粗加工是一個(gè)十分棘手的問題，尤其是銑加工工序，不但加工時(shí)間長(zhǎng)，而且刀具費(fèi)用高。以前公司接到這種零件加工任務(wù)時(shí)完成率會(huì)較之前有所下降，公司采取一些措施之后雖然有一定效果，但是效率提升不超過(guò)20%。CAM軟件升級(jí)后，添加了高效加工模塊，高效加工是一種新的加工方式，其能充分利用刀具切削刃長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)高速切削，該加工方式的主要特點(diǎn)是最大限度地提高材料去除率，通過(guò)使用高速刀具路徑，可以使加工高效省時(shí)，刀路順暢，提高刀具使用壽命，降低機(jī)床磨損，尤其是適合高硬材料的粗加工。應(yīng)用高效加工開粗以后，易加工金屬（銅鋁）開粗效率提高1倍以上，難加工材料（不銹鋼等黑色系金屬）提高5倍以上，刀具壽命提高3～5倍以上。比如：以前公司加工不銹鋼材料，φ10銑刀每次下刀深度4mm，進(jìn)給150mm/min，使用高效加工后，下刀深度20mm，進(jìn)給可以達(dá)到600～1000mm，綜合效率提升大約5倍左右。應(yīng)用高效加工開粗以后，不但大幅提高了難加工材料的加工效率，而且延長(zhǎng)了刀具壽命，降低了機(jī)床磨損。

2.3減少編程出錯(cuò)概率

以前員工編程都是使用二維圖，由于員工能力的差異，每年都會(huì)出現(xiàn)很多批工件因識(shí)圖錯(cuò)誤造成整批報(bào)廢，通常零件報(bào)廢率為8%～10%。整批報(bào)廢不但造成原材料的損失，更重要的是重新投產(chǎn)造成交付周期的耽誤。使用CAM軟件編程之后，由于引入了工件立體圖，員工編程時(shí)可以很方便地觀察工件結(jié)構(gòu)，測(cè)量相關(guān)尺寸，并且軟件編程還有加工后毛坯與工件實(shí)體對(duì)比功能，只要進(jìn)行模擬比較，可以杜絕工件加工錯(cuò)誤或大范圍超差，這樣出錯(cuò)的概率會(huì)大大降低，報(bào)廢率減少到小于1%，相比之前減少報(bào)廢率80%～90%，弱化了操作人員技術(shù)要求。同時(shí)對(duì)于員工正確識(shí)圖、減少編程錯(cuò)誤帶來(lái)很大幫助，間接提升了加工效率。

3 CAM技術(shù)在模具設(shè)計(jì)工程中的應(yīng)用

在目前的CAM模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，要完成加工操作，需要先使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)控編程。目前可使用的軟件相對(duì)較多，如UG、3DMAX和SolidWorks等。這些軟件的功能較為強(qiáng)大，具有三維立體建模設(shè)計(jì)、機(jī)械制造加工仿真和直接生成數(shù)控程序等多項(xiàng)功能，并且在生成程序后即可進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的相關(guān)操作。具體來(lái)看，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)控編程的步驟主要分為以下幾部分。

第一，對(duì)需要加工的零件進(jìn)行建模

第一，對(duì)需要設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行建模。在建模環(huán)節(jié)中，通常采用實(shí)體建模這種方式。該步驟是進(jìn)行整個(gè)模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。第二，在建模完成后對(duì)模具進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以利用計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)充分展現(xiàn)模具的實(shí)際效果，以獲得滿意的設(shè)計(jì)成果。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為確保設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性以及科學(xué)合理性，需要在明確相關(guān)軟件的使用方法的基礎(chǔ)上，按照設(shè)計(jì)的基本要求，以“先整體后部分”的設(shè)計(jì)原則逐步進(jìn)行設(shè)計(jì)，即先完成整體輪廓，再逐步填充細(xì)節(jié)。在這一過(guò)程中，通常涉及計(jì)算機(jī)軟件中的多項(xiàng)功能，如直線、曲線、拉伸、切除等。在模具設(shè)計(jì)完成后，需要在軟件中對(duì)各個(gè)模具進(jìn)行模擬拼接，以驗(yàn)證整體的設(shè)計(jì)效果。第三，標(biāo)記設(shè)計(jì)的模具參數(shù)，包括斜面角度和邊長(zhǎng)。在這一環(huán)節(jié)中，重點(diǎn)是確定這些參數(shù)是否對(duì)整體存在影響。若存在影響，則需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正，以確保所有模具的尺寸參數(shù)保持一致，從而為后續(xù)的數(shù)控設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提供重要的保障。另外，在一些特殊工作中，第二步和第三步的工作可以同時(shí)進(jìn)行。第四，使用計(jì)算機(jī)軟件中的仿真設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)已設(shè)計(jì)好的模型進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，以檢驗(yàn)是否出現(xiàn)設(shè)計(jì)工藝方面的錯(cuò)誤。由于仿真設(shè)計(jì)不需使用實(shí)體材料，因此使用軟件仿真減少了原材料的浪費(fèi)情況。第五，利用相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件直接生成數(shù)控設(shè)計(jì)程序。這一步驟是最為重要的步驟，上述步驟均為此步驟的準(zhǔn)備工作。在仿真設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)順利完成后，可使用軟件中的導(dǎo)出功能直接導(dǎo)出程序文件，不再需要重新編寫程序。除此之外，為實(shí)現(xiàn)高效利用程序文件，構(gòu)建高效的信息通信機(jī)制也是不可或缺的一項(xiàng)內(nèi)容。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，通常需要基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建三層級(jí)的信息通信機(jī)制，分別為應(yīng)用層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)庫(kù)層。其中：應(yīng)用層的主要作用是提供生產(chǎn)設(shè)計(jì)的控制信息，以實(shí)現(xiàn)信息交互，主要基于遠(yuǎn)程服務(wù)進(jìn)行;服務(wù)層的主要作用是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收相關(guān)信息，以響應(yīng)應(yīng)用層的操作，同時(shí)可對(duì)接收到的相關(guān)信息進(jìn)行查詢和調(diào)用，主要基于公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu)（Common Object Request Broker Architecture，CORBA）分布式控制方式進(jìn)行;數(shù)據(jù)庫(kù)層主要進(jìn)行數(shù)控程序文件、工藝信息以及機(jī)械制造資源的存儲(chǔ)等工作，并通過(guò)Java數(shù)據(jù)庫(kù)連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的直接訪問。

4 CAM模具制造過(guò)程

在模具制造過(guò)程中，若要合理使用CAM技術(shù)，需要先了解總體框圖。同時(shí)，若想保證模具制造質(zhì)量，需要借助CAM優(yōu)勢(shì)完成數(shù)據(jù)建模，并和制造技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合。

4.1 CAM結(jié)合建模

在CAM技術(shù)中，建模技術(shù)可以完成現(xiàn)實(shí)物體的屬性轉(zhuǎn)化，并通過(guò)數(shù)據(jù)的方式注入計(jì)算機(jī)內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)全方位分析。在產(chǎn)品定義過(guò)程中，需要在計(jì)算機(jī)內(nèi)部構(gòu)建完善的數(shù)值模型和數(shù)字信息，以合理尋找產(chǎn)品信息化源頭，才能做好產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析和圖紙生成工作，保證模具制造仿真效果，預(yù)防受到外界因素干擾。在生產(chǎn)管理過(guò)程中，需要提供相關(guān)產(chǎn)品的真實(shí)信息，將信息技術(shù)作為制造業(yè)的前提條件，從而展現(xiàn)CAM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。另外，在了解零部件結(jié)構(gòu)和尺寸信息的情況下，需要根據(jù)適當(dāng)比例完成實(shí)體幾何建模，然后將數(shù)據(jù)保存在磁盤上，將其作為數(shù)控設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件。

4.2模具生產(chǎn)

根據(jù)CAM系統(tǒng)中出現(xiàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，在模塊完成零部件設(shè)計(jì)處理后，需要了解各項(xiàng)任務(wù)條件，如數(shù)據(jù)自動(dòng)交換和的選擇等，在方案選擇過(guò)程中需要留有余量，根據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)尺寸自動(dòng)完成求解。在使用CAM軟件時(shí)，需要及時(shí)了解刀具軌跡，通過(guò)合理的連接命令將各種刀具軌道首尾相接，以保障作業(yè)效果。在獲取刀位數(shù)據(jù)過(guò)程中，需要了解中心軌跡和刀具的姿態(tài)，在了解系統(tǒng)特征的情況下，使用計(jì)算方法保證獲取數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

4.3模具程序生成和設(shè)計(jì)方式

根據(jù)模具控制條件，需要合理應(yīng)用刀位數(shù)據(jù)和輔助信息，以完成刀位數(shù)據(jù)的有效處理。根據(jù)模具系統(tǒng)的相關(guān)指令和程序特點(diǎn)，模具要能夠保證零部件設(shè)計(jì)質(zhì)量，并且能夠?qū)?shù)據(jù)直接輸送到模具系統(tǒng)中。通過(guò)系統(tǒng)生成NC代碼時(shí)，需要及時(shí)完成三維圖像仿真，并使用模具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，以預(yù)防出現(xiàn)設(shè)計(jì)誤差。此外，還需使用NC程序查看系統(tǒng)運(yùn)行是否可以滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在出現(xiàn)設(shè)計(jì)問題時(shí)需要及時(shí)修正NC程序，以便于快速完成模具制造工作，保證結(jié)果符合要求。

5 CAM技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

CAM技術(shù)發(fā)展具有集成化特點(diǎn)，在模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)中能夠?qū)⒉煌浖行ЫY(jié)合，并通過(guò)同一方法進(jìn)行控制，從而及時(shí)完成數(shù)據(jù)提取和交換，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時(shí)在保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定流通的情況下，提升各程序運(yùn)行質(zhì)量。通過(guò)了解國(guó)內(nèi)外大量數(shù)據(jù)可以得出，CAM運(yùn)行系統(tǒng)的效率需要通過(guò)其他程序進(jìn)行體現(xiàn)。在CAM系統(tǒng)沒有得到CAM系統(tǒng)支持的情況下需要耗損大量資金引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備。即便如此，設(shè)備的使用效果也無(wú)法得到保障。在系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，需要得到完善的程序支持，將數(shù)據(jù)作為計(jì)劃依據(jù)，并嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行執(zhí)行，才能達(dá)到理想的控制效果。在未來(lái)發(fā)展中，CAM系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)完美結(jié)合，從而消除信息孤島問題，取得良好的工作效果。

結(jié)束語(yǔ)

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭萬(wàn)全.現(xiàn)代精密復(fù)雜模具高速設(shè)計(jì)智造技術(shù)[J].金屬設(shè)計(jì)（冷設(shè)計(jì)），2016（09）：12-15，24.

[2]潘衛(wèi)國(guó)，精密復(fù)雜模具五軸聯(lián)動(dòng)龍門設(shè)計(jì)中心研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化.江蘇省，南通國(guó)盛智能科技集團(tuán)股份有限公司，2016-05-01.

[3]門超.基于CAD/CAM的熔模鑄造模具的設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)[J].機(jī)械管理開發(fā)，2019，34（5）：6-8.

[4]金鵬.模具設(shè)計(jì)中CAD/CAM/CAM綜合應(yīng)用的研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2013.

[5]楊朝舉，馬銘均.CAD聯(lián)合CAPP及CAM軟件技術(shù)在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2017（7）：126-127.

[6]羅海宏.CAD/CAM在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019（7）：77-78.

[7]曹侃，李鵬志，李建明.信息化教學(xué)在數(shù)控加工及CAM技術(shù)課程中的應(yīng)用[J].石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2020（6）：51-56.