CAD/CAM技術(shù)在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　模具工業(yè)是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)之一，CAD／CAM技 術(shù)則是模具工業(yè)生產(chǎn)中的重要技術(shù)裝備，是一種高附加值型制造技術(shù)的核心技術(shù)，也是自動化和信息 化的集成化的黃金領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低是國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。自80年代以來，我國 CAD／CAM技術(shù)以高技術(shù)、更新速度迅猛的特點(diǎn)發(fā) 展，大大縮短了模具的生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量， 增強(qiáng)了企業(yè)在競爭中的應(yīng)變能力，是工程技術(shù)人員 利用計算機(jī)對模具設(shè)計產(chǎn)品的進(jìn)一步優(yōu)化。

　　鑒于此，本文就從CAD／CAM技術(shù)在冷沖模、鍛 壓模、塑料模、壓鑄模中的應(yīng)用來闡述CAD／CAM技 術(shù)在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

　　1、CAD／CAM技術(shù)在冷沖模中的應(yīng)用

　　冷沖模CAD，CAM系統(tǒng)一般包括系統(tǒng)工作管理、 工藝分析、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計分析、圖形系統(tǒng)與工程數(shù)據(jù) 庫五大模塊，主要的內(nèi)容有：導(dǎo)入原圖及原始數(shù)據(jù)； 制件工藝設(shè)定與分析；確定方案；科學(xué)計算，選用壓 力機(jī)；模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，圖形處理；導(dǎo)出相應(yīng)的數(shù)控加 工程序；輸出工藝過程文件。完成其他相關(guān)工作。

　　上世紀(jì)，CAD／CAM技術(shù)就用于汽車覆蓋件的模 具設(shè)計與制造，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。日本豐田汽 車公司就率先應(yīng)用于汽車覆蓋件的模具設(shè)計與制 造，該汽車公司還利用包括有NTDFB、CADErIT兩類 設(shè)計軟件和加工凸、凹模的TINCA軟件的汽車覆蓋 件CAD／CAM系統(tǒng)，來設(shè)計車身外形、車身結(jié)構(gòu)、沖模 CAD、主模型與沖模制造和夾具加工【2】。據(jù)報道，由于 該系統(tǒng)投入使用，使得豐田公司的汽車覆蓋件成形 模的設(shè)計和制造周期減少50％左右。國外在UG—II 軟件平臺上也開發(fā)了用于汽車覆蓋件模具設(shè)計的專 用模塊，如鈑金件設(shè)計、車身設(shè)計、復(fù)蓋件沖壓工藝 設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計等。

　　上世紀(jì)60年代末，開始研究級進(jìn)模CAD／CAM， 到了70年代便有初步應(yīng)用。早期的主要功能是條料 排樣、凹模布置、工藝計算和NC編程，僅用于二維圖 形的簡單沖裁級進(jìn)模。進(jìn)入90年代，國際著名的Pro／ E、UG—II、CADD5、Solidworks、MDT等均陸續(xù)在模具 界得到應(yīng)用【31。并逐漸在金零件造型、毛坯展開、毛坯 排樣，模具設(shè)計和數(shù)控加工等模塊進(jìn)成形工藝及模 具結(jié)構(gòu)設(shè)計的專用模塊。我國在上世紀(jì)80年代時， 上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)紛紛相繼開展了級進(jìn) 模CAD／CAM系統(tǒng)的研究和開發(fā)。華中科技大學(xué)與美 國UGS公司合作也開發(fā)出級進(jìn)模CAD／CAM軟件 NX—PDW，該軟件具有自動化設(shè)計的功能，已在2003 年作為商品性投入市場使用。

　　綜上所述，CAD／CAM技術(shù)在汽車覆蓋件模和級 進(jìn)模中的應(yīng)用及CAD／CAM軟件的研制和應(yīng)用，在冷 沖模的生產(chǎn)中占有重要作用，對于其縮短整個加工 過程，優(yōu)化冷沖模的結(jié)構(gòu)，提高模具的生產(chǎn)效率起到 極其重要的地位。如今，很多研究機(jī)構(gòu)也開始這方面 的研究，并且取得了一定的成績。例如：使用UG／API、 GRIP、以及VC++等對汽車覆蓋件模具的數(shù)控編程盡 量簡單化，把類和對象帶人到參數(shù)定義中，建立智能 的汽車覆蓋件模和級進(jìn)模系統(tǒng)。但我國與發(fā)達(dá)國家 相比，在車型和模具的自我設(shè)計和開發(fā)能力較弱，還 需進(jìn)一步建立起自主二次開發(fā)軟件在汽車工業(yè)中的 應(yīng)用。

　　2、CAD／CAM技術(shù)在鍛壓模中的應(yīng)用

　　上世紀(jì)70年代，國內(nèi)外開始對CAD／CAM技術(shù) 在鍛壓模中的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究，在工藝設(shè)計、 結(jié)構(gòu)設(shè)計和動態(tài)模擬方面均取得較好成績。大多數(shù) 人都是以軸對稱鍛模人手，來開發(fā)鍛模CAD／CAM 系統(tǒng)，因?yàn)閷ΨQ鍛件幾何形狀簡單，易于描述和定 義，而長軸類鍛模的CAD／CAM系統(tǒng)的難度大、通用 性不高，其設(shè)計遠(yuǎn)比軸對稱鍛模復(fù)雜[21。軸對稱鍛模 CAD／CAM系統(tǒng)有鍛件、模鍛工藝、鍛模結(jié)構(gòu)三個設(shè) 計模塊和一個NC編程模塊。鍛件設(shè)計主要是設(shè)計冷 鍛件圖、熱鍛件圖，其中包括對分模面的選擇、機(jī)加 工余量的補(bǔ)充、圓角的添加和拔模斜度的設(shè)計【4】。模 鍛工藝設(shè)計是決定要不要采用預(yù)成形工序、怎樣采 用以及鍛壓設(shè)備如何選擇其噸位is]。鍛模CAD／CAM 系統(tǒng)的發(fā)展方向是朝著統(tǒng)一化和模具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)進(jìn) 一步的發(fā)展執(zhí)行，并在工業(yè)技術(shù)和人工智能技術(shù)中 深入應(yīng)用。

　　3、CAD／CAM技術(shù)在塑料模中的應(yīng)用

　　根據(jù)模塑方法的不同，塑料模分為注射模、壓縮 模、中空吹塑模等，其中注射模應(yīng)用最為廣泛。注射模 CAD／CAM技術(shù)主要從兩個方面對技術(shù)人員提供強(qiáng)有 力的幫助：一是通過CAE技術(shù)對模具進(jìn)行科學(xué)計算 和動態(tài)模擬；二是對注射模結(jié)構(gòu)CAD優(yōu)化設(shè)計、仿真 和圖形處理等[61。注射模CAD／CAM主要內(nèi)容有：

　　(1)建立幾何模型。

　　(2)模腔設(shè)計。

　　(3)模具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。

　　(4)標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇。

　　(5)圖形處理。

　　(6)模具數(shù)控加工程序生成。

　　(7)數(shù)控加工。

　　從上世紀(jì)60年代到70年，由基于線框模型的 CAD系統(tǒng)開始到以曲面造型為核心的CAD／CAM系 統(tǒng)，而80年代到90年代，是對實(shí)體造型技術(shù)的成功 應(yīng)用到對基于特征的參數(shù)化實(shí)體，曲面造型技術(shù)的完 整，為塑料模采用CAD／CAM技術(shù)打下堅固的基礎(chǔ)。

　　目前塑料模的CAD／CAM系統(tǒng)的在國內(nèi)外市場得到 成功應(yīng)用。例如Pro／E、UG—III—DEAS系統(tǒng)都帶有獨(dú) 立的塑料模設(shè)計模塊，利用它們來設(shè)計塑件模具，將 塑件的三維模型在計算機(jī)中準(zhǔn)確地建立起來，再根 據(jù)塑件的幾何特征來設(shè)計型芯和型腔，設(shè)計澆注系 統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)、模流分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計等。目前這些軟 件在塑料模具工業(yè)中的得到廣泛的應(yīng)用。

　　隨著我國數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的加工流 程和技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在數(shù)控技術(shù)要求，還應(yīng)采 用數(shù)控代碼驗(yàn)證、仿真與優(yōu)化功能來縮短模具生產(chǎn) 周期，來適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)要求。

　　4、CAD／cAM技術(shù)在壓鑄模中的應(yīng)用

　　壓鑄模CAD是指利用計算機(jī)技術(shù)完成的信息檢 索、方案構(gòu)思、分析、計算、工程繪圖和文件編制等壓 鑄工藝和壓鑄模設(shè)計過程中的工作。CAD中的“設(shè) 計”包含很多學(xué)科，它利用計算機(jī)輔助完成分析、計 算及工程繪圖是設(shè)計環(huán)節(jié)的活動。

　　壓鑄模的計算機(jī)輔助設(shè)計主要內(nèi)容：根據(jù)幾何 模型特征、合金種類，相應(yīng)的科學(xué)計算；選擇合適壓 鑄機(jī)、材質(zhì)；模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(主要是澆注系統(tǒng)、型腔鑲 塊、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、模板、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計)；最后繪出模 具圖紙[71。

　　一個典型的三維壓鑄模CAD系統(tǒng)[81，主要包括 下面幾個各個模塊：

　　(1)壓鑄件工藝參數(shù)的計算。

　　(2)壓鑄機(jī)的參數(shù)選擇。

　　(3)澆注系統(tǒng)的設(shè)計。

　　(4)分型面的設(shè)計。

　　(5)模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

　　(6)推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計。

　　通常所說的壓鑄模CAM主要包括模具加工工 藝設(shè)計、數(shù)控編程、數(shù)控加工過程的仿真模擬。 CAM主要選擇加工機(jī)床類型、加工路徑制定、模 擬仿真加工等任務(wù)。數(shù)控技術(shù)是CAM中最核心的技 術(shù)。數(shù)控加工主要包括：生成數(shù)控程序；數(shù)控加工過 程。例如：日本的豐田公司開發(fā)的壓鑄模設(shè)計專家系 統(tǒng)，將設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)信息數(shù)據(jù)庫化的專家系統(tǒng)基礎(chǔ) 上，根據(jù)零件圖進(jìn)行壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計、草圖設(shè)計、型腔 設(shè)計、工藝設(shè)計、裝配圖設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工路徑制 定、模擬仿真加工成數(shù)控程序、數(shù)控加工過程等。

　　壓鑄模的CAD／CAM及科學(xué)地將壓鑄模的設(shè)計、 制造一體化，進(jìn)行完整的計算機(jī)控制，大大縮短了生 產(chǎn)周期，優(yōu)化了模具設(shè)計，是保證模具生產(chǎn)質(zhì)量、周 期的重要的手段。我國壓鑄模CAD／CAM技術(shù)與國外 先進(jìn)技術(shù)相比，差距還很大，為適應(yīng)產(chǎn)品創(chuàng)新的需 求，提高產(chǎn)品競爭力，應(yīng)加快壓鑄模CAD／CAM一體 化技術(shù)的發(fā)展步伐。

　　5、結(jié)束語

　　由于市場競爭13益激烈以及人們對產(chǎn)品需求的 多樣化，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度越來越快。采用CAD／CAM 技術(shù)的優(yōu)越性是模具技術(shù)智能化、革新化的措施，是 模具技術(shù)發(fā)展賦予了它無限的生命力，使其得以快 速發(fā)展和成功應(yīng)用，大大提高了模具質(zhì)量，節(jié)約時 間，提高生產(chǎn)效率，大幅度降低成本，將技術(shù)人員從 高強(qiáng)度的勞動力解放出來。CAD／CAM技術(shù)的優(yōu)化設(shè) 計是傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)方面所無法比擬的。