CADCAM在模具中的應(yīng)用

1、CADCAM在模具中的應(yīng)用課程： CAM與自動(dòng)編程 姓名 學(xué)號(hào)： 近二十年來(lái)，CAD/CAM是發(fā)展最迅速的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)之一，也是應(yīng)用領(lǐng)域最廣的實(shí)用技術(shù)之一，它推動(dòng)了制造業(yè)的發(fā)展。1990年，美國(guó)國(guó)家工程科學(xué)院對(duì)人類25年（1964 1989年）的工程成就進(jìn)行評(píng)比的結(jié)果中，CAD/CAM技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用在十大成就中居第六位。同時(shí)，這一新技術(shù)及其應(yīng)用水平也已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)水平和現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)械制造企業(yè)幾乎都使用了CAD/CAM技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，CAD/CAM系統(tǒng)的性能價(jià)格比不斷提高，使得CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。 模具 CA

2、D/CAM 是在模具 CAD 和模具 CAM 分別發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它是 計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具生產(chǎn)中綜合應(yīng)用的一個(gè)新的飛躍。 模具 CAD/CAM 是改造傳統(tǒng)模 具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工種。它以計(jì)算機(jī)軟件的 形式， 為用戶提供一種有效的輔助工具， 使工種技術(shù)人員能借助于計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、 模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。模具 CAD/CAM 技術(shù)的 迅猛發(fā)展， 軟件， 硬件水平的進(jìn)一步完善， 為模具工業(yè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持， 為企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，制造和生產(chǎn)水平的發(fā)展帶來(lái)了質(zhì)的飛躍，已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè) 信息化，集成化、網(wǎng)絡(luò)化的最優(yōu)選擇。模具 CAD/CA

3、M 發(fā)展概況模具 CAD/CAM 的發(fā)展?fàn)顩r符合通用 CAD/CAM 軟件的發(fā)展進(jìn)程。目前通用 CAD/CAM 軟件的發(fā)展現(xiàn)狀如下：CAD 技術(shù)經(jīng)歷了二維平面圖形設(shè)計(jì)，交互式圖形 設(shè)計(jì)、 三維線框模型設(shè)計(jì)、 三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)、 自由曲面造型設(shè)計(jì)、 參數(shù)化設(shè)計(jì)、 特征造型設(shè)計(jì)等發(fā)展過(guò)程。近年來(lái)又出現(xiàn)了許多先進(jìn)技術(shù)，如變量化技術(shù)、虛擬 產(chǎn)品建模技術(shù)等。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，智能化、協(xié)同化、集成化成為 CAD 技術(shù)新 的發(fā)展特點(diǎn)，使 CAD 技術(shù)得以更廣泛的應(yīng)用，發(fā)展成為支持協(xié)同設(shè)計(jì)、異地設(shè)計(jì) 和信息共享的網(wǎng)絡(luò) CAD。模具 CAD/CAM 的特點(diǎn)一個(gè)穩(wěn)定的、可以滿足實(shí)際生產(chǎn)設(shè)計(jì)需要的模具 CAD/CA

4、M 系統(tǒng)應(yīng)該具備下 列特點(diǎn)： (l)模具 CAD/CAM 系統(tǒng)必須具備描述物體幾何形狀的能力。 模具設(shè)計(jì)中因?yàn)?模具的工作部分(如拉深模、鍛模和注射模的型腔)是根據(jù)產(chǎn)品零件的形狀設(shè)計(jì) 的，所以無(wú)論設(shè)計(jì)什么類型的模具，開始階段必須提供產(chǎn)品零件的幾何形狀。這 就要求模具 CAD 系統(tǒng)具備描述物體幾何形狀的能力，即幾何造型的功能。否則， 就無(wú)法輸入關(guān)于產(chǎn)品零件的幾何信息，設(shè)計(jì)程序便無(wú)法運(yùn)行。另外，為了編制 NC 加工程序，計(jì)算刀具軌跡，也需要建立模具零件的幾何模型。因此，幾何造 型是模具 CAD/CAM 中的一個(gè)重要問(wèn)題。 (2)標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)模具 CAD 的必要條件。模具設(shè)計(jì)一般不具有唯一性。對(duì)于

5、同一產(chǎn)品零件，不同設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的模具不盡相同。為了便于實(shí)現(xiàn)模具 CAD，減 少數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量，在建立模具 CAD 系統(tǒng)時(shí)首先要解決的問(wèn)題便是標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，包 括設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的標(biāo)準(zhǔn)化、模具零件和模具結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化。有了標(biāo)準(zhǔn)化的模具結(jié)構(gòu)， 在設(shè)計(jì)模具時(shí)可以選用典型的模具組合，調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模具零件，需要設(shè)計(jì)的只是少 數(shù)工作零件。 (3)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的處理是模具 CAD 中的一個(gè)重要問(wèn)題。人工設(shè)計(jì)模具所依據(jù)的 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則大部分是以數(shù)表和線圖形式給出的。在編制設(shè)計(jì)程序時(shí)，必須對(duì)這些數(shù) 表和線圖進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，將其變?yōu)橛?jì)算機(jī)能夠處理的表達(dá)形式。程序化和公式 化是處理數(shù)表或線圖形式設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的基本方法。對(duì)于某些定性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，計(jì)

6、算 機(jī)程序無(wú)法采用，需要深入研究，總結(jié)出便于使用的定量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。有些經(jīng)驗(yàn) 準(zhǔn)則難以程序化或公式化，這時(shí)就需要通過(guò)人機(jī)交互方式發(fā)揮經(jīng)驗(yàn)的作用。 (4)模具 CAD/CAM 系統(tǒng)應(yīng)具有充分的柔性。 模具的結(jié)構(gòu)隨產(chǎn)品的不同而變化， 模具型面的幾何形狀復(fù)雜，現(xiàn)階段，模具的設(shè)計(jì)方式基本上屬于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì) 質(zhì)量在很大程度上取決于設(shè)計(jì)者的技巧。模具的生產(chǎn)方式為單件的或小批量的， 大量生產(chǎn)模具的情況極為少見(jiàn)。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(chǎn)品的特點(diǎn)和生產(chǎn)條件， 靈活地作出抉擇， 方便地修改設(shè)計(jì)。模具 CAD/CAM 的優(yōu)越性模具 CAD/CAM 的優(yōu)越性賦予了它

7、無(wú)限的生命力， 使其得可以迅速發(fā)展和廣泛 應(yīng)用。 無(wú)論在提高生產(chǎn)率、 改善質(zhì)量方面， 還是在降低成本、 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面， CAD/CAM 技術(shù)的優(yōu)越性是傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)制造方法所不能比擬的。其優(yōu)點(diǎn)主要表 現(xiàn)在以下幾方面： （1）CAD/CAM 可以提高模具的質(zhì)量。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)了各有關(guān)專業(yè)的 綜合性的技術(shù)知識(shí)，為模具的設(shè)計(jì)和工藝的制定提供了科學(xué)的依據(jù)。計(jì)算機(jī)與設(shè) 計(jì)人員交互作用，有利于發(fā)揮人機(jī)各自的特長(zhǎng)，使模具設(shè)計(jì)和制造工藝更加合理 化。系統(tǒng)采用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有助于某些工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。 （2）CAD/CAM 可以節(jié)省時(shí)間，提高生產(chǎn)率。設(shè)計(jì)計(jì)算和圖樣繪制的自動(dòng)化 大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間

8、。CAD 與 CAM 的一體化可顯著縮短從設(shè)計(jì)到制造的周期。例 如，采用沖裁模 CAD/CAM 系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造模具，比傳統(tǒng)方法提高效率 2-5 倍。由于 模具質(zhì)量提高，可靠性增加，裝修時(shí)間明顯減少，模具的交貨時(shí)間大大縮短。 （3）CAD/CAM 可以較大幅度地降低成本。計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算和自動(dòng)繪圖大 大節(jié)省了勞動(dòng)力。優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來(lái)了原材料的節(jié)省，例如，沖壓件的毛坯優(yōu)化排樣 可使材料利用率提高 5%-7%。 采用 CAM 可加工傳統(tǒng)方法難以加工的復(fù)雜模具型面， 可減少模具的加工和調(diào)試工時(shí)，使制造成本降低。CAD/CAM 的經(jīng)濟(jì)效益有些可以 估算，有些則難以估算。由于采用 CAD/CAM 術(shù)，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)

9、間縮短，產(chǎn)品更新?lián)Q 代加快，大大增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 (4)CAD/CAM 技術(shù)將技術(shù)人員從繁冗的計(jì)算、繪圖和 NC 編程工作中解放出 來(lái)，使其可以從事更多的創(chuàng)造性勞動(dòng)。 (5)隨著塑性成形過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的提高， 模具 CAD/CAM 一體化技術(shù)可 以大大增加模具的可靠性，減少直至不需要試模修模過(guò)程，提高模具設(shè)計(jì)、制造 的一次成功率。我國(guó)模具 CAD/CAM 軟件自主開發(fā)和二次開發(fā)情況我國(guó)模具 CAD/CAM 的開發(fā)開始于 20 世紀(jì) 70 年代末，發(fā)展也很迅速。在微 機(jī)平臺(tái)上開發(fā) CAD/CAM 軟件方面我國(guó)與國(guó)外起點(diǎn)差不多，都是使用 Visual C+， OpenGL 等工具進(jìn)行

10、軟件開發(fā)，國(guó)內(nèi)許多高校、軟件公司和企業(yè)在此基礎(chǔ)上開發(fā) 出了先進(jìn)的，有自己特色，符合中國(guó)用戶習(xí)慣的 CAD/CAM 軟件或模塊， 其中有一 些成果已經(jīng)得到了推廣和使用。到目前為止，先后通過(guò)國(guó)家有關(guān)部門鑒定的有精 沖模、普通沖裁模、鍛模、錘模和注塑模等 CAD/CAM 系統(tǒng)。但是，直到現(xiàn)在這些 系統(tǒng)大多數(shù)尚未在生產(chǎn)中廣泛推廣應(yīng)用 國(guó)內(nèi)開發(fā)適合模具行業(yè)的 CAD/CAM 軟 件，主要采用兩種途徑CAD/CAM 上開發(fā)和開發(fā)擁有自主版權(quán)的 CAD/CAM 系統(tǒng) (1)基于現(xiàn)有模具 CAD/CAM 平臺(tái)二次開發(fā)成果 華中科技大學(xué) 1997 年推出了 HSC2.0 注射模 CAD/CAE/CAM 集成系統(tǒng)

11、，HSC2.0 系統(tǒng)以 AUTOCAD 軟件包為圖形支 撐平臺(tái)， 包括模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)子系統(tǒng)， 結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)計(jì)算較核子系統(tǒng)， 塑料流動(dòng)、 冷卻等子系統(tǒng)等。合肥工業(yè)大學(xué)基于 AUTOCAD 與 MDT 的三維參數(shù)化注射模系統(tǒng) IPMCADV4.0。 另外眾多的科研單位和企業(yè)也針對(duì)具體應(yīng)用開發(fā)了眾多的插件和模 塊， 如武漢汽車工業(yè)大學(xué)開發(fā)了基于 SOLIDWORKS 的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù) 3DPARTLIB 等。 (2)自行開發(fā)的擁有自主版權(quán)的模具 CAD/CAM 系統(tǒng) 由北京北航海爾軟件有 限公司推出的三維電子圖板和 CAXA-ME 制造工程師 2000，能進(jìn)行 3D 零件設(shè)計(jì)與 NC 加工，其特點(diǎn)是基

12、于 3D 參數(shù)化的特征設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)體、曲面和 NC 加工的 協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。上海交通大學(xué)中模公司開發(fā)的金屬塑性成型三維有限元仿真系統(tǒng)， 其剛（粘）塑性有限元分析器和動(dòng)態(tài)邊界處理技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。吉林金 網(wǎng)格模具工程研究中心所開發(fā)的沖壓模具 CAD/CAE/CAM1 體化系統(tǒng)，將設(shè)計(jì)、模 擬與制造有機(jī)結(jié)合起來(lái)。 浙江大天電子信息工程有限公司開發(fā)的基于特征的參數(shù) 化造型系統(tǒng) GS-CAD98。金銀花系統(tǒng)是由廣州紅地技術(shù)有限公司開發(fā)的基于 STEP 標(biāo)準(zhǔn)的 CAD/CAM 系統(tǒng)。 開目 CAD 是華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院開發(fā)的具有自主版權(quán)的 基于微機(jī)平臺(tái)的 CAD 和圖紙管理軟件。 中科院凱思軟件集

13、團(tuán)及北京凱思博宏應(yīng)用 工程公司開發(fā)了具有自主版權(quán)的 PICAD 系統(tǒng)及系列軟件。 這些軟件已經(jīng)在許多模 具行業(yè)中的企業(yè)得到推廣和應(yīng)用。我國(guó)模具 CAD/CAM 軟件應(yīng)用與開發(fā)中存在的主要不足近幾年來(lái)，我國(guó) CAD/CAM 系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用取得了一些成績(jī)，國(guó)內(nèi)已初 步形成了 CAD/CAM 商品化軟件市場(chǎng)。盡管如此，我國(guó) CAD/CAM 技術(shù)發(fā)展在設(shè)計(jì)水 平、 開發(fā)能力、 開發(fā)規(guī)模、 技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量上還無(wú)法與發(fā)達(dá)國(guó)家相比。 CAD/CAM 在 軟件應(yīng)用與開發(fā)存在的不足主要有以下幾點(diǎn)： (1) 不少的企業(yè)對(duì) CAD 的認(rèn)識(shí)還僅僅停留在繪圖階段，缺乏設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)，從而使 CAD 產(chǎn)生的效

14、益尚未得到充分發(fā)揮。 (2) (3) CAD/CAM 軟件應(yīng)用人員層次不齊， 不能讓 CAD 軟件得到的高效率應(yīng)用。 在引進(jìn)模具 CAD/CAM 技術(shù)時(shí)存在著盲目性傾向，許多企業(yè)沒(méi)有充分考慮各種 CAD/CAM 軟件的特點(diǎn)， 購(gòu)買回來(lái)的 CAD/CAM 軟件不能完全適用于本企業(yè)的 產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)工作。 (4) 引進(jìn)的模具 CAD/CAM 系統(tǒng)的二次開發(fā)跟不上，致使引進(jìn)軟件的效率不能完全發(fā)揮。 (5) 國(guó)內(nèi)模具 CAD/CAM 技術(shù)水平還處于高技術(shù)集成和向產(chǎn)業(yè)化、商品化過(guò)渡的時(shí)期，自主開發(fā)的模具 CAD/CAM 系統(tǒng)商品化程度不夠高，功能和穩(wěn)定方面與 國(guó)外先進(jìn)軟件還有很大差距。 (6) 我國(guó) C

15、AD 技術(shù)開發(fā)創(chuàng)新少、仿制多。沒(méi)有創(chuàng)新就沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力，只仿制就不能開發(fā)出有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。 從我國(guó)二維 CAD 到目前研制的三維 CAD 都存在這 一問(wèn)題。用戶提出的參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題”、“數(shù)據(jù)管理問(wèn)題”及“特征造型問(wèn)題”這 些技術(shù)，我國(guó) CAD 研究開發(fā)者都沒(méi)有引起注意。 (7) 我國(guó) CAD 軟件的開發(fā)缺乏理論和算法的研究。CAD 技術(shù)是一項(xiàng)綜合性的高新技術(shù)，涉及面廣而復(fù)雜，技術(shù)變化快，競(jìng)爭(zhēng)激烈。就建模技術(shù)而言會(huì)涉及 很多模型建立的理論和算法，這些都是為解決用戶需求而研究開發(fā)的，每種理論 和算法用于 CAD 系統(tǒng)中，會(huì)產(chǎn)生新的 CAD 軟件，如著名的 CSG、B-rep、NURBS 等，而我國(guó) CA

16、D 軟件開發(fā)者缺乏這方面的研究， (8) 信息集成技術(shù)落后。信息技術(shù)的廣泛集成是以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和過(guò)程管理為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn) CAD/CAPP/CAM 和 ERP 的有機(jī)集成，在并行工程中 PDM 也是很重要的基礎(chǔ)。而我國(guó)在這方面的研究剛剛開始，至今也沒(méi)有一個(gè)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上成熟的 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。因此，這類基礎(chǔ)性軟件也被國(guó)外的系統(tǒng)占領(lǐng)了市場(chǎng)，而我們的 CAD/CAPP/CAM 集成技術(shù)又是建立在國(guó)外基礎(chǔ)系統(tǒng)上。 (9)CAD 中的數(shù)據(jù)交換格式和標(biāo)準(zhǔn)化落后。在 CAD 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化方面，我國(guó) 由于技術(shù)落后，資金投入不足，對(duì)此重視不夠，至今仍未提出一個(gè)有關(guān) CAD 方面 的標(biāo)準(zhǔn)，完全是采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，而且有的

17、已用作國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（IGES、STEP 等） ，另 外由于種種因素也跟不上國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的更新和發(fā)展， 因此造成國(guó)內(nèi) CAD 軟件系統(tǒng)在 數(shù)據(jù)交換、標(biāo)準(zhǔn)化等方面存在不少問(wèn)題。綜上所述，在模具 CAD/CAM 的應(yīng)用方面，經(jīng)過(guò)這幾十年的發(fā)展，我國(guó)模具 CAD/CAM 的 應(yīng)用有了長(zhǎng)足的發(fā)展，模具 CAD/CAM 技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于我國(guó)企業(yè)。在模具 CAD/CAM 系統(tǒng)開發(fā)方面，我國(guó)研制模具 CAD/CAM 軟件的開發(fā)水平也逐漸接近國(guó)外 先進(jìn)水平。在模具 CAD/CAM 人才方面，在政府的大力支持下，高校和企業(yè)培養(yǎng)了 一大批模具 CAD/CAM 軟件開發(fā)及應(yīng)用人才。 但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)目前模具行業(yè)使用 CAD/CAM 技術(shù)還存在著許多弊端， 模 具 CAD/CAM