CADCAM技术在模具中的应用.doc

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CAD／CAM在模具工业中的应用

廖学林08模具设计1班

【摘要】：

本文介绍了模具CAD/CAM技术发展概况和模具CAD/CAM软件特点及其优越性，分析了模具行业采用模具CAD/CAM技术的原因，阐述了模具CAD/CAM应用情况和开发现状。

最后指出了我国模具CAD/CAM软件应用与开发中存在的主要不足。

【Abstract】：

Thisarticledescribesthe dieCAD/CAM technology overview andmold CAD/CAMsoftware features andadvantages,analysisofthe mold industrytoadopt dieCAD/CAM andtechnicalreasons toexplainthe dieCAD/CAM application anddevelopmentof thestatusquo.Finally themold ofour CAD/CAMsoftware applications anddevelopment ofthemain deficiencies.

关键词：

模具 ； CAD/CAM ； 2次开发 ；Mold;CAD/CAM;2 times development

一、模具CAD/CAM发展概况 

    模具CAD/CAD（ComputerAidedDesign）是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行总体设计、绘图、工程分析与技术文档等设计活动的总称,是一项综合性技术。

模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上发展起来的，它是计算机技术在模具生产中综合应用的1个新的飞跃。

模具CAD/CAM是改造传统模具的关键技术，是1项高科技、高效益的系统工种。

它以计算机软件的形式，为用户提供1种有效的辅助工具，使工种技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。

模具CAD/CAM技术的迅猛发展，软件，硬件水平的进1步完善，为模具工业提供了强有力的技术支持，为企业的产品设计，制造和生产水平的发展带来了质的飞跃，已经成为现代企业信息化，集成化、网络化的最优选择。

CAM的发展状况符合通用CAD/CAM软件的发展进程。

目前通用CAD/CAM软件的发展现状如下：

CAD技术经历了2维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。

近年来又出现了许多先进技术，如变量化技术、虚拟产品建模技术等。

随着互联网的普及，智能化（intelligent）、协同化（collaborative）、集成化（integrated）成为CAD技术新的发展特点，使CAD技术得以更广泛的应用，发展成为支持协同设计、异地设计和信息共享的网络CAD。

二、 模具CAD/CAM的特点 

1个稳定的、可以满足实际生产设计需要的模具CAD/CAM系统应该具备下列特点：

    （l）模具CAD/CAM系统必须具备描述物体几何形状的能力。

模具设计中因为模具的工作部分（如拉深模、锻模和注射模的型腔）是根据产品零件的形状设计的，所以无论设计什么类型的模具，开始阶段必须提供产品零件的几何形状。

这就要求模具CAD系统具备描述物体几何形状的能力，即几何造型的功能。

否则，就无法输入关于产品零件的几何信息，设计程序便无法运行。

另外，为了编制NC加工程序，计算刀具轨迹，也需要建立模具零件的几何模型。

因此，几何造型是模具CAD/CAM中的1个重要问题。

（2）标准化是实现模具CAD的必要条件。

模具设计1般不具有唯1性。

对于同1产品零件，不同设计人员设计的模具不尽相同。

为了便于实现模具CAD，减少数据的存储量，在建立模具CAD系统时首先要解决的问题便是标准化问题，包括设计准则的标准化、模具零件和模具结构的标准化。

有了标准化的模具结构，在设计模具时可以选用典型的模具组合，调用标准模具零件，需要设计的只是少数工作零件。

    （3）设计准则的处理是模具CAD中的1个重要问题。

人工设计模具所依据的设计准则大部分是以数表和线图形式给出的。

在编制设计程序时，必须对这些数表和线图进行恰当的处理，将其变为计算机能够处理的表达形式。

程序化和公式化是处理数表或线图形式设计准则的基本方法。

对于某些定性的设计准则，计算机程序无法采用，需要深入研究，总结出便于使用的定量的设计准则。

有些经验准则难以程序化或公式化，这时就需要通过人机交互方式发挥经验的作用。

    （4）模具CAD/CAM系统应具有充分的柔性。

模具的结构随产品的不同而变化，模具型面的几何形状复杂，现阶段，模具的设计方式基本上属于经验设计，设计质量在很大程度上取决于设计者的技巧。

模具的生产方式为单件的或小批量的，大量生产模具的情况极为少见。

所有这些，要求模具CAD/CAM系统具有充分的柔性，即可以根据不同产品的特点和生产条件，灵活地作出抉择，方便地修改设计。

三、 模具CAD/CAM的优越性 

模具CAD/CAM的优越性赋予了它无限的生命力，使其得可以迅速发展和广泛应用。

无论在提高生产率、改善质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，CAD/CAM技术的优越性是传统的模具设计制造方法所不能比拟的。

其优点主要表现在以下几方面：

（1）CAD/CAM可以提高模具的质量。

在计算机系统内存储了各有关专业的综合性的技术知识，为模具的设计和工艺的制定提供了科学的依据。

计算机与设计人员交互作用，有利于发挥人机各自的特长，使模具设计和制造工艺更加合理化。

系统采用的优化设计方法有助于某些工艺参数和模具结构的优化。

（2）CAD/CAM可以节省时间，提高生产率。

设计计算和图样绘制的自动化大大缩短了设计时间。

CAD与CAM的1体化可显著缩短从设计到制造的周期。

例如，采用冲裁模CAD/CAM系统设计制造模具，比传统方法提高效率2~5倍。

由于模具质量提高，可靠性增加，装修时间明显减少，模具的交货时间大大缩短。

    （3）CAD/CAM可以较大幅度地降低成本。

计算机的高速运算和自动绘图大大节省了劳动力。

优化设计带来了原材料的节省，例如，冲压件的毛坯优化排样可使材料利用率提高5%-7%。

采用CAM可加工传统方法难以加工的复杂模具型面，可减少模具的加工和调试工时，使制造成本降低。

CAD/CAM的经济效益有些可以估算，有些则难以估算。

由于采用CAD/CAM术，生产准备时间缩短，产品更新换代加快，大大增强了产品的市场竞争能力。

    （4）CAD/CAM技术将技术人员从繁冗的计算、绘图和NC编程工作中解放出来，使其可以从事更多的创造性劳动。

（5）随着塑性成形过程计算机模拟技术的提高，模具CAD/CAM/CAE1体化技术可以大大增加模具的可靠性，减少直至不需要试模修模过程，提高模具设计、制造的1次成功率。

四、模具行业采用模具CAD/CAM技术的原因 

    传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品迅速更新换代和提高质量的要求。

因此国内外企业纷纷采用模具CAD/CAM技术。

模具行业采用模具CAD/CAM技术的主要理由是：

（1）利用几何造型技术获得的几何模型可供后续的设计分析和数控编程等方面使用。

（2）可以缩短新产品的试制周期，例如在汽车工业中，可缩短模具的设计制造周期。

    （3）提高产品质量的需要，如汽车车身表面等形状，需要利用计算机准备数据和完成随后的制造工作。

    （4）模具制造厂和用户对CAD/CAM的需要增加。

例如，利用磁盘进行数据传送，用户要求模具制造单位能够交换信息和处理这些数据。

    （5）模具加工设备的效率不断提高，需要计算机辅助处理数据，以提高设备利用率。

    （6）在企业中建立联系各个部门的信息处理系统。

五、 模具CAD/CAM技术在模具行业的应用现状 

    模具CAD/CAM技术发展很快，应用范围日益扩大。

在冲模、锻模、挤压模、注射模和压铸模等方面都有比较成功的CAD/CAM系统。

采用CAD/CAM技术是模具技术、生产革新化的措施，是模具技术发展的1个显著特点。

    目前我国模具行业应用的模具CAD/CAM软件可以分为两大类：

1是机械行业内通用的的CAD/CAM，如前面介绍的Unigraphics（UG）、SOLIDEDGE、AutoCAD、SolidWorks、Pro/Engineer等。

2是专门针对模具行业开发的模具CAD/CAM系统，如：

 上海交大模具CAD国家工程中心开发的冷冲模CAD系统等。

（1） 国外模具CAD/CAM技术的应用现状。

    工业发达国家较大的模具生产厂家在CAD/CAM上进行了较大的投资，正大力开发这1技术。

如法国FOS模具公司已购买了大型CAD/CAM系统，日本黑田精工株式会社已大力投资开发CAD/CAM系统，瑞士法因图尔公司采用大型CAD/CAM系统设计加工模具已占30%。

目前，应用CAD/CAM技术较普遍的为美、日、德等国。

例如，日本丰田汽车公司于1965年将数控用于模具加工。

 20世纪80年代初期开始采用覆盖件冲模CAD/CAM系统。

该系统包括设计覆盖件的NTDFB和CADEIT软件和加工凸、凹模的TINCA软件。

利用三坐标测量仪测量粘土模型，并将数据送入计算机。

将所得图形经平滑处理后，再把这些数据用于覆盖件设计、冲模的设计与制造。

该系统有较强的三维图形功能，可在屏幕上反复修改曲面形状，使工件在冲压成形时不致产生工艺缺陷，从而保证了模具和工件的质量。

模具型面的模型保存在数据库中，TINCA软件可利用这些数据，进行模具型面的数控加工。

（2） 国内模具CAD/CAM技术的应用现状。

经过近几十年的发展，我国模具CAD/CAM有了长足的发展，在国内的模具生产中，CAD/CAM技术已经得到广泛的应用。

模具行业已引进相当数量的国外CAD/CAM系统，如：

 Unigraphics（UG）、SOLIDEDGE、AutoCAD、SolidWorks、Pro/Engineer等。

并配置了运行速度快、性能高的计算机。

    但是对于国内1些大型模具企业，它们的CAD/CAM应用状况多停留在从国外购买先进的CAD/CAM系统和设备，但在其上进行的2次开发较少，资源利用率低;对于国内1些中小型模具企业，它们的CAD/CAM应用很少，有些仅停留在以计算机代替画板绘图。

所以有必要改善国内模具企业的CAD/CAM应用状况，使它们真正做到快速、准确地对市场做出反应，并使制造的模具产品质量高、成本低，即达到敏捷制造的目的。

六、 我国模具CAD/CAM软件自主开发和2次开发情况 

    我国模具CAD/CAM的开发开始于20世纪70年代末，发展也很迅速。

在微机平台上开发CAD/CAM软件方面我国与国外起点差不多，都是使用Visual C++，OpenGL等工具进行软件开发，国内许多高校、软件公司和企业在此基础上开发出了先进的，有自己特色，符合中国用户习惯的CAD/CAM软件或模块，其中有1些成果已经得到了推广和使用。

到目前为止，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、锻模、锤模和注塑模等CAD/CAM系统。

但是，直到现在这些系统大多数尚未在生产中广泛推广应用。

    国内开发适合模具行业的CAD/CAM软件，主要采用两种途径——在现有CAD/CAM平台上进行2次开发和开发拥有自主版权的CAD/CAM系统。

（1）基于现有模具CAD/CAM平台2次开发成果。

    华中科技大学1997年推出了HSC2