模具CAD/CAM技術綜述

周建平

椒江職業(yè)中專，浙江 臺州 318000

模具CAD/CAM技術綜述

周建平

椒江職業(yè)中專，浙江 臺州 318000

本文主要介紹了模具CAD/CAM技術的應用、優(yōu)越性、特點，簡述了國內外模具CAD/CAM技術應用和發(fā)展狀況。回顧了我國模具設計和制造的迅速發(fā)展，靠傳統(tǒng)經(jīng)驗和手工技能已經(jīng)落后不能滿足目前模具行業(yè)競爭。分析表明了模具CAD/CAM技術應用具有提高生產率、改善質量、降低成本、減輕勞動強度方面的優(yōu)越性和發(fā)展趨勢。

模具；CAD/CAM技術

模具CAD/CAM技術在最短的時間內開發(fā)出高質量、低成本、高附加值的產品，以最快的速度響應和投放市場。依賴經(jīng)驗和手工技能的傳統(tǒng)模具設計和加工方式遠不能滿足這種要求。由于模具生產的特殊性，新技術，新工藝，新設備，新材料往往首先運用在模具工業(yè)，近年來，模具先進制造技術在國內外均已獲得迅速發(fā)展，涌現(xiàn)了不少新成果。并逐步向設計制造技術的系統(tǒng)化、集成化過程轉變，已成為現(xiàn)代先進制造技術的重要組成部分。其中應用最廣，技術最成熟的是模具CAD/CAM技術，同時，它也是其它模具先進制造技術的基礎。

1 CAD/CAM技術在模具行業(yè)中的應用

目前，模具CAD/CAM技術越來越向集成化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展。這就需要采用現(xiàn)代產品設計技術，將模具產品設計過程中的信息流有機集成，并模擬出模具產品未來的性能，以及模具制造全過程對模具產品設計的影響，從而做出正確的決策與設計方案，減少設計中的主觀誤差，縮短模具生產周期，并對制造過程中出現(xiàn)的誤差進行分析，減少制造成本，提高制造精度。并能利用計算機容量大、運算速度快的特點，借助數(shù)據(jù)庫存儲的大量數(shù)據(jù)優(yōu)化設計方案，保證方案的可行性。同時，CAD系統(tǒng)產生的數(shù)據(jù)可直接經(jīng)CAM軟件處理成數(shù)控機床可以識別的代碼，進而控制加工設備加工出模具，使模具生產實現(xiàn)高精度、高效率和高度自動化。

隨著工業(yè)技術的發(fā)展，產品對模具的要求愈來愈高，因此發(fā)達國家從20世紀50年代末就開始了CAD/CAM技術的研究，如通用公司將CAD/CAM技術應用于汽車覆蓋件的設計與制造。到60年代末，模具CAD/CAM技術日趨完善，70年代已經(jīng)研制出許多模具CAD/CAM的專門系統(tǒng)，可應用于各種類型的模具設計與制造，并取得顯著的應用效果。80年代，CAD/CAM技術已廣泛用于冷沖模、鍛模、擠壓模、注塑模和壓鑄模的設計和制造。

我國模具CAD/CAM技術的開發(fā)始于20世紀70年代末，發(fā)展也很迅速。到目前為止，先后通過國家有關部門鑒定的有精沖模、普通沖裁模、注塑模等CAD/CAM系統(tǒng)。我們與國外相比還有很大差距，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：CAD/CAM沒有商品化；CAM發(fā)展跟不上CAD發(fā)展；引進過多過寬；國內CAD/CAM技術研究開發(fā)未能很好地有組織、有計劃、有重點地進行，造成低水平的重復勞動，影響了軟件開發(fā)的進度和水平的提高。

2 模具CAD/CAM技術的優(yōu)越性

模具CAD/CAM技術無論在提高生產率、改善質量方面、降低成本、減輕勞動強度等有較大的優(yōu)越性。

（1）CAD/CAM可以提高模具設計和制造水平，從而提高模具質量。在計算機系統(tǒng)內存儲了各有關專業(yè)的綜合性的技術知識，為模具的設計和制造工藝制定提供了科學依據(jù)。計算機與設計人員交互作用，有利于發(fā)揮人機各自的特長，使模具設計和制造工藝更加合理化。系統(tǒng)采用的優(yōu)化設計方法有助于某些工藝參數(shù)和模具結構的優(yōu)化。采用CAM技術極大地提高了加工能力，可加工傳統(tǒng)方法難以加工或根本無法加工的復雜模具型腔，滿足了生產需求。

（2）CAD/CAM可以節(jié)省時間，提高效率。CAD與CAM一體化可顯著縮短從設計到制造的周期。例如日本利用級進模MEL系統(tǒng)和沖孔彎曲模PENTAX系統(tǒng)，采用先進的人機交互設計技術，使設計時間縮短為原來的1/10。

（3）CAD/CAM技術可以大幅度降低成本。計算機的高速運算和自動化繪圖大大節(jié)省了勞動力。優(yōu)化設計節(jié)省了原材料，例如沖壓件毛坯優(yōu)化排樣可使材料利用率提高5%～7%。采用CAM可減少模具的加工和調試工時，使制造成本降低。

3 模具CAD/CAM技術的特點

（1）模具CAD/CAM系統(tǒng)必須具備描述物體幾何形狀的能力

無論設計什么類型的模具，開始階段必須提供產品零件的幾何形狀。這就要求模具CAD系統(tǒng)具備描述幾何形狀的能力，即幾何造型功能。否則，就無法輸入關于產品零件的幾何信息，設計程序便無法運行。另外，為了編制NC加工程序、計算刀具軌跡，也需要建立模具零件的幾何造型。因此，幾何造型是模具CAD/CAM中的一個重要問題。

（2）標準化是實現(xiàn)模具CAD/CAM的必要條件

為了便于實現(xiàn)模具CAD，減少數(shù)據(jù)的存儲量，在建立模具CAD系統(tǒng)時首先要解決的問題便是標準化問題，包括數(shù)據(jù)準則的標準化、模具零件的模具結構的標準化。有了標準化的模具結構，在設計模具時可以選用典型的模具組合，選用標準模具零件，需要設計的只是少數(shù)工作零件。標準化設計的問題較多，有技術問題，也有管理問題。目前我國已經(jīng)頒布“標準化法”，對已公布的模具標準，模具CAD中應予以貫徹使用。

（3）設計準則的處理是CAD中的一個重要問題

人工設計模具所依據(jù)的設計準則大部分是以數(shù)表和線圖形式給出的。在編制設計程序時，必須對這些數(shù)表和線圖進行恰當?shù)奶幚恚瑢⑵渥兂捎嬎銠C能夠處理的表達形式。程序化和公式化是處理數(shù)表和線圖形式設計準則的基本方法。對于某些定性的設計準則，計算機程序無法采用，需要深入研究，總結出便于使用的定量的設計準則。有些經(jīng)驗準則難以程序化和公式化，這就需要通過人機交互方式發(fā)揮經(jīng)驗的作用。

（4）模具CAD/CAM系統(tǒng)應具有充分的柔性

模具的結構隨產品的不同而變化，模具型面的幾何形狀復雜。現(xiàn)階段，模具的設計方式基本上屬于經(jīng)驗設計，設計質量在很大程度上取決于設計者的技巧。模具的生產方式為單位的或小批量的，大量生產模具的情況極為少見。所有這些，要求模具CAD/CAM系統(tǒng)具有充分的柔性，即可以根據(jù)不同產品的特點和生產條件，靈活地做出抉擇，方便地修改設計。因此，在開發(fā)模具CAD/CAM系統(tǒng)時，不僅要考慮全面的功能，較高的效率，還應提供充分的柔性。這是實用化的模具CAD/CAM系統(tǒng)所應具備的基本條件之一。

4 CAD/CAM技術發(fā)展趨勢

（1） 基于網(wǎng)絡的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結構

隨著計算機硬件與軟件的進步以及工業(yè)部門的實際需求，國外許多著名計算機軟件開發(fā)商已能按實際生產過程中的功能劃分產品系列，在網(wǎng)絡系統(tǒng)下實現(xiàn)了CAD/CAM/CAE的一體化。解決了傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產過程分工協(xié)作要求的問題。CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)一般覆蓋了集合建模、逆向工程、工業(yè)設計、工程制圖、仿真分析、快速原型、數(shù)控編程、測量分析等領域。系統(tǒng)的每一個功能均可獨立運行，又可通過數(shù)據(jù)接口與其他系統(tǒng)相兼容，并能按要求進行組合。做到了開放性、兼容性與專業(yè)化的統(tǒng)一。

（2） 智能化程度逐步提高

現(xiàn)階段，模具設計和制造在很大程度上仍然依靠模具設計和制造工程師的經(jīng)驗。僅憑軟件有限的數(shù)值分析功能無法為用戶提供完善和正確的設計結果，軟件的智能化功能必不可少。面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具設計與制造軟件先進性和實用性的重要標志。

（3） 設計和工藝的最優(yōu)化

產品設計和工藝的最優(yōu)化始終是人們追求的目標。目前，大多數(shù)模具CAD/CAM系統(tǒng)中使用的設計方法和手工設計時的方法基本相同。系統(tǒng)采用交互式運行，當遇到一些復雜問題時，由設計人員加以選擇和判斷。因此，模具的可靠性仍然存在問題，難以保證一次成功。用計算機模擬技術檢驗設計結果，排除不可行的方案，有助于獲得較佳的設計，提高模具的可靠性。

[1]唐志玉編著.大型注塑模具設計技術原理與應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[2]王剛，單巖.Moldflow模具分析應用實例[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3]單巖，王蓓，王剛等.Moldflow模具分析技術基礎[M].北京：清華大學出版社，2005.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.081