CAD/CAM在高精密復(fù)雜模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用

摘要：目前，CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計與制造中得到了廣泛應(yīng)用，并在現(xiàn)代模具的生產(chǎn)中起著重要作用。這是由于CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用于模具設(shè)計與制造中可以縮減模具的生產(chǎn)周期，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高模具生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)效率。文章從CAD/CAM技術(shù)的概述、CAD在高精密復(fù)雜模具設(shè)計中的應(yīng)用、CAD/CAM在高精密復(fù)雜模具制造中的應(yīng)用三個方面進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：CAD/CAM；高精密復(fù)雜模具；模具設(shè)計；模具制造；工業(yè)產(chǎn)品 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP319 文章編號：1009-2374（2015）27-0061-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.032

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對工業(yè)產(chǎn)品的要求越來越高，因此，工業(yè)產(chǎn)品在不斷提高產(chǎn)品本身性能的同時，產(chǎn)品外形也越來越復(fù)雜化。此外，由于工業(yè)產(chǎn)品的更新速度越來越快，因此與工業(yè)產(chǎn)品制造緊密相關(guān)的模具就必須滿足模具制造行業(yè)的新要求，比如質(zhì)量高、成本低以及生產(chǎn)效率高等要求。在這種形勢下，模具制造業(yè)利用CAD/CAM技術(shù)，從而滿足行業(yè)需求，使企業(yè)在激烈的市場競爭中能夠占據(jù)一席之地。

1 CAD/CAM技術(shù)概述

1.1 CAD/CAM技術(shù)內(nèi)涵

CAD是計算機(jī)輔助設(shè)計的簡稱，它是指設(shè)計人員運(yùn)用計算機(jī)及其圖形設(shè)備進(jìn)行設(shè)計的工作。一般來說，CAD技術(shù)可以使設(shè)計人員經(jīng)過計算、分析及比較，從而選擇出一個最優(yōu)的設(shè)計方案，此外，還可以利用該技術(shù)將設(shè)計中的各種信息存放在計算機(jī)內(nèi)存中，以便將來運(yùn)用的時候快速提取信息。

CAM是計算機(jī)輔助制造的簡稱，它的核心是計算機(jī)數(shù)值控制，是指將計算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。一般來說，CAM系統(tǒng)具有兩方面的功能，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與過程自動化。

1.2 CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計與制造中的優(yōu)點(diǎn)

CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用具有以下四個方面的優(yōu)點(diǎn)：其一，CAD/CAM可以使模具的質(zhì)量得到明顯的提升。由于計算機(jī)系統(tǒng)中存儲了大量的專業(yè)技術(shù)知識，這就為模具的設(shè)計與制造提供了依據(jù)。設(shè)計人員與計算機(jī)充分發(fā)揮各自的功能，這樣就使模具設(shè)計與制造更加科學(xué)、合理；其二，CAD/CAM可以縮減模具設(shè)計與制造的時間。在設(shè)計模具的過程中，利用計算機(jī)可以實現(xiàn)模具設(shè)計圖樣繪制的自動化，大大減少了設(shè)計過程中花費(fèi)的時間；其三，CAD/CAM可以降低模具生產(chǎn)的成本。利用計算機(jī)完成設(shè)計的自動化，節(jié)約了人工費(fèi)。此外，在進(jìn)行復(fù)雜模具型面加工的過程中，CAM可以減少模具加工與調(diào)試的次數(shù)，從而降低了生產(chǎn)成本；其四，CAD/CAM可以減少設(shè)計人員的工作量。由于自動化設(shè)計的實現(xiàn)，這樣設(shè)計人員就可以從繁重的工作中解脫出來，從而進(jìn)行更具創(chuàng)造性的工作。

2 CAD在高精密復(fù)雜模具設(shè)計中的應(yīng)用

CAD在模具設(shè)計中使用之前，必須運(yùn)用專門的翻譯軟件。這是由于許多客戶會將自己設(shè)計的圖形直接提供給模具企業(yè)，但大部分CAD程序的數(shù)據(jù)庫形式是不盡相同的，這就導(dǎo)致它與其他程序不能夠共享幾何數(shù)據(jù)，客戶與企業(yè)間的圖紙數(shù)據(jù)交流就產(chǎn)生了障礙。因此，在使用CAD幾何體的時候就必須通過專門的軟件進(jìn)行翻譯，這些軟件主要有“IGES”“STEP”或?qū)Ｓ玫霓D(zhuǎn)化器等進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。

CAD在模具設(shè)計中的具體流程包括：首先，設(shè)計人員應(yīng)該以市場調(diào)研結(jié)果作為設(shè)計的依據(jù)，在對調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行周密研究的基礎(chǔ)上，再向企業(yè)匯報情況。其次，模具企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)決策，并在生產(chǎn)計劃的指令下進(jìn)行操作。負(fù)責(zé)開發(fā)設(shè)計的模具工作人員利用CAD工作站，對模具設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)、文字等信息進(jìn)行分析、計算以及繪制工程圖等工作。最后，設(shè)計人員在設(shè)計過程中可以利用CAD工作站對設(shè)計出的產(chǎn)品性能進(jìn)行評價，從而評估產(chǎn)品生產(chǎn)出來后的效益。從以上環(huán)節(jié)中可以看出，CAD技術(shù)運(yùn)用于模具設(shè)計中可以大大降低設(shè)計人員的工作量，從而讓設(shè)計人員可以從事更具創(chuàng)造性的工作。

3 CAD/CAM在高精密復(fù)雜模具制造中的應(yīng)用

3.1 在高精密復(fù)雜模具加工中應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)

目前，模具制造在加工過程中，對加工技術(shù)的基本要求是高速加工技術(shù)。這是由于高速加工技術(shù)在模具加工中具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，即該技術(shù)可以使模具加工的程序大大簡化，提高了模具表面的質(zhì)量水平和模具加工的速度，便于工作人員對模具進(jìn)行修復(fù)工作等。但是，在高速加工技術(shù)的應(yīng)用過程中，對加工工藝的要求就非常高，所有的工藝過程都必須包含于數(shù)控加工的數(shù)控指令中，而CAM在很大程度上滿足了高速加工技術(shù)的工藝要求。一般來說，CAM可以滿足的高速加工技術(shù)包括以下三個方面：其一，CAM系統(tǒng)在模具加工過程中具有全程自動刀柄干涉檢查以及自動防止過度切割處理的能力，提高了加工的精度；其二，CAM系統(tǒng)在模具加工過程中的計算編程速度可以達(dá)到比較快的速度，滿足了高速加工的速度要求；其三，CAM系統(tǒng)可以滿足模具高速加工過程中編程方式的改變，有利于編程人員根據(jù)實際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

3.2 在高精密復(fù)雜模具檢測過程中應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)

在模具檢測過程中，CAD/CAM系統(tǒng)可以配合三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行模具的檢驗。一般來說，CAD/CAM系統(tǒng)的測量空間范圍是3250mm×2090mm×1370mm，而三坐標(biāo)測量儀的任何一點(diǎn)的檢測精度都可以達(dá)到0.015mm，從而保障了模具的高精度要求。三坐標(biāo)檢測儀作為一種監(jiān)測工具，它不僅可以對模具最終的品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，還可以在模具加工過程中進(jìn)行檢測，即檢測模具加工工序中的精度。在進(jìn)行檢測的過程中，各零件的各部位必須以比較密的軌跡進(jìn)行檢測，同時對每幅模具要檢驗兩次，分別是在沖壓前與沖壓后進(jìn)行一次檢測。在檢測過程中，對模具上、下模型腔的對合情況應(yīng)該采用理論計算的方式對模具的厚度進(jìn)行測量，這樣可以有效了解CAD系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)的精度情況，確保模具的檢測達(dá)標(biāo)。

3.3 在高精密復(fù)雜模具精度的提高上應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)

對于沖壓模具來說，運(yùn)用CAD/CAM系統(tǒng)可以提高模具的加工精度。這是由于CAD數(shù)據(jù)在模具加工過程中可以控制模具的尺寸，從而不必運(yùn)用主模型與靠模來進(jìn)行沖壓模具的加工。此外，利用CAD數(shù)據(jù)可以將模具的主要型腔表面高度精度地加工出來，接著再將主要型腔表面與模具的其他零件相互配合進(jìn)行加工。就目前來說，模具工程師對CAD/CAM系統(tǒng)的應(yīng)用主要包括兩個方面：其一，可以利用CAD/CAM軟件生成CNC機(jī)床的刀具軌跡，同時還可以展開模具設(shè)計工作；其二，可以將CAD/CAM系統(tǒng)用于模具的熱性能的分析，同時還可以用于模具鑄造品質(zhì)的改善。

4 結(jié)語

綜上所述，CAD/CAM系統(tǒng)可以將模具信息的分析、設(shè)計以及制造等進(jìn)行有效結(jié)合，從而為模具設(shè)計提供了先進(jìn)的設(shè)計理念，并提高了模具制造的質(zhì)量。在模具設(shè)計過程中，利用CAD系統(tǒng)可以滿足客戶與模具企業(yè)的要求。與此同時，在模具制造過程中，利用CAD/CAM系統(tǒng)可以滿足模具高速加工的技術(shù)要求、滿足模具檢測的要求、滿足模具精度的要求。因此，CAD/CAM系統(tǒng)在模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用可以取得比較好的效果，它大大縮減了設(shè)計人員的建模時間、設(shè)計時間，同時還提高了模具的精度。

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作者簡介：劉金剛（1967-），男，山東淄博人，山東淄博火炬能源有限責(zé)任公司工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計與制造（鉛酸蓄電池生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計與制造、模具設(shè)計與制造）。

（責(zé)任編輯：陳 倩）