模具CADCAM技術(shù)發(fā)展綜述

1、模具 CAD/CAM技術(shù)發(fā)展綜述郭銀亮南京林業(yè)大學(xué)0 前言模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一。 模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝設(shè)備，是一種高附加值的高精密集型產(chǎn)品， 也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域， 其技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。模具 CAD/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

2、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。1 國(guó)外模具 CAD/ CAM技術(shù)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀國(guó)外模具 CAD/CAM技術(shù)的研究始于上世紀(jì)60年代，到 70年代已經(jīng)研制出了模具 CAD/CAM的專門系統(tǒng)，推出了面向中小型企業(yè)的 CAD/CAM的商業(yè)軟件，可應(yīng)用于各種類型的模具設(shè)計(jì)和制造。1973年，美國(guó)的 DIE COMP公司率先研制成功 PDDC連續(xù)模系統(tǒng)。 1977年，捷克斯洛伐克金屬加工工業(yè)研究所研制成功 AK

3、T沖模 CAD系統(tǒng)。1978年，日本機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室建立 ME1連續(xù)模設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 1979年，日本旭光學(xué)工業(yè)公司研究成功的沖空模和彎曲模 PENTAX的CAD系統(tǒng)。 1985年，日本 NISSIN精密機(jī)器公司采用了冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)。到 80年代末，美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具生產(chǎn)已有近50%采用了 CAD/CAM技術(shù)。 近二十多年來(lái)， 隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷提升，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的 CAD/CAM技術(shù)不斷創(chuàng)新、完善、逐步發(fā)展，已經(jīng)形成一個(gè)從研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造到推廣應(yīng)用和銷售服務(wù)的完整的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。國(guó)外在上世紀(jì) 60年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)有限元進(jìn)行軟件，1976年發(fā)行了第一套流動(dòng)分析軟件。利用 CAE技

4、術(shù)可以在模具加工前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析，減少甚至避免模具返修報(bào)廢、提高模具質(zhì)量和降低成本等。目前國(guó)外的模具 CAE技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，完全走向?qū)嵱没A段，并取得了顯著效果。國(guó)外著名的 CAE軟件有 NASTRAN、ADINA 、 ANSYS、ABAQUS、 MARC、COSMOS等。2 國(guó)內(nèi)模具 CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀我國(guó)模具 CAD/CAM技術(shù)開(kāi)始于 20世紀(jì) 70年代末，與國(guó)外相比尚有一段距離，但目前也趨于成熟，并在模具生產(chǎn)企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 特別是 20世紀(jì) 80年代后期，我國(guó)進(jìn)入了 CAD/CAM技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)期，各大院校和科研單位不僅自主研發(fā)適合

5、國(guó)情、專業(yè)化極強(qiáng)的 CAD/CAM實(shí)用系統(tǒng)，也引進(jìn)國(guó)外先進(jìn) CAD/CAM，同時(shí)在國(guó)外的 CAD/CAM系統(tǒng)之上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。如吉林大學(xué)依托一汽對(duì)汽車覆蓋件 CAD/CAM 系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得顯著成效，華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在AutoCAD軟件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出基于特征的級(jí)進(jìn)模 CAD/CAM系統(tǒng) HMJC，上海交通大學(xué)為瑞士法因托 (Finetool) 精沖公司開(kāi)發(fā)成功精密沖裁級(jí)進(jìn)模 CAD/CAM系統(tǒng)，西安交通大學(xué)開(kāi)發(fā)出多工位彎曲級(jí)進(jìn)模 CAD系統(tǒng)等，這些 CAD/CAM系統(tǒng)的研發(fā)促進(jìn)了國(guó)內(nèi)模具行業(yè)快速發(fā)展。經(jīng)過(guò)這十幾年的發(fā)展，我國(guó)模具 CAD/CAM軟件的開(kāi)發(fā)水平也逐漸接近國(guó)外先進(jìn)

6、水平。在政府的大力支持下先后出現(xiàn)了一批先進(jìn)的模具 CAD/CAM示范企業(yè)，高校和企業(yè)也培養(yǎng)了一大批模具 CAD/CAM軟件開(kāi)發(fā)及應(yīng)用人才。但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)目前模具 CAD/CAM軟件不管是從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)水平還是從商品化、市場(chǎng)化程度都與發(fā)達(dá)國(guó)家有不小的差距。3 模具 CAD/CAM技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)(1) 集成化集成化是 CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的一個(gè)最為顯著的趨勢(shì)。 它是指把 CAD、CAE、CAPP、CAM以至 PPC（生產(chǎn)計(jì)劃與控制） 等各種功能不同的軟件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)， 用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來(lái)組織各種信息的提取、 交換、共享和處理， 保證系統(tǒng)內(nèi)部信息流的暢通并協(xié)調(diào)各個(gè)系統(tǒng)有效地運(yùn)行。國(guó)內(nèi)外大量的經(jīng)驗(yàn)

7、表明， CAD系統(tǒng)的效益往往不是從其本身，而是通過(guò) CAM和 PPC系統(tǒng)體現(xiàn)出來(lái)；反過(guò)來(lái)， CAM系統(tǒng)假如沒(méi)有 CAD系統(tǒng)的支持，花巨資引進(jìn)的設(shè)備往往很難得到有效地利用； PPC系統(tǒng)假如沒(méi)有 CAD和CAM的支持，既得不到完整、 及時(shí)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)作為計(jì)劃的依據(jù)， 訂出的計(jì)劃也較難貫徹執(zhí)行， 所謂的生產(chǎn)計(jì)劃和控制將得不到實(shí)際效益。 因此，人們著手將 CAD、CAE、 CAPP、CAM和 PPC等系統(tǒng)有機(jī)地、統(tǒng)一地集成在一起，從而消除 "自動(dòng)化孤島 " ，取得最佳的效益。CIM是CAD/CAM集成技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 CIM的最終目標(biāo)是以企業(yè)為對(duì)象，借助于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)， 使

8、生產(chǎn)中各部分從經(jīng)營(yíng)決策、 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備到生產(chǎn)實(shí)施及銷售過(guò)程中，有關(guān)人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理三要素及其形成的信息流、物流和價(jià)值流有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行，從而達(dá)到產(chǎn)品上市快、高質(zhì)、低耗、服務(wù)好、環(huán)境清潔，使企業(yè)贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的目的。 CIMS是一種基于 CIM哲理構(gòu)成的計(jì)算機(jī)化、信息化、智能化、集成化的制造系統(tǒng)。它適應(yīng)多種、小批量市場(chǎng)需求，可有效地縮短生產(chǎn)周期，強(qiáng)化人、生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理的聯(lián)系，壓縮流動(dòng)資金，提高企業(yè)的整體效益。(2) 網(wǎng)絡(luò)化21世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)將全球化，制造業(yè)也將全球化，從獲取需求信息，到產(chǎn)品分析設(shè)計(jì)、選購(gòu)原輔材料和零部件、進(jìn)行加工制造，直至營(yíng)銷，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程也將全球化。 CAD/CAM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)

9、化能使設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品方案在費(fèi)用、流動(dòng)時(shí)間和功能上并行處理的并行化產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)；能提供產(chǎn)品、進(jìn)程和整個(gè)企業(yè)性能仿真、建模和分析技術(shù)的擬實(shí)制造系統(tǒng)； 能開(kāi)發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)， 產(chǎn)生和優(yōu)化工作計(jì)劃和車間級(jí)控制，支持靈敏制造的制造計(jì)劃和控制應(yīng)用系統(tǒng)； 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中物流， 能進(jìn)行治理的物料治理應(yīng)用系統(tǒng)等。(3) 智能化人工智能在 CAD中的應(yīng)用主要集中在知識(shí)工程的引入，發(fā)展專家 CAD系統(tǒng)。專家系統(tǒng)具有邏輯推理和決策判定能力。它將許多實(shí)例和有關(guān)專業(yè)范圍內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)、準(zhǔn)則結(jié)合在一起 , 給設(shè)計(jì)者更全面，更可靠的指導(dǎo)。應(yīng)用這些實(shí)例和啟發(fā)準(zhǔn)則，根據(jù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)不斷縮小探索的范圍，使問(wèn)題得到解決。(4) 并行工程并行工

10、程（ Concurrent Ensineering ）是隨著 CAD/CAM、 CIMS技術(shù)發(fā)展提出的一種新哲理、新的系統(tǒng)工程方法。這種方法和思路，就是并行的、集成的設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其開(kāi)發(fā)的過(guò)程。 它要求產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)的階段就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期的所有要求，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度、用戶要求等，以便最大限度地提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率及一次成功率。并行工程的關(guān)鍵是用并行設(shè)計(jì)方法代替串行設(shè)計(jì)方法。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈， 并行工程必將引起越來(lái)越多的重視。但其實(shí)施也決非一朝一夕的事情，目前應(yīng)為并行工程的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造條件和環(huán)境。其中，與 CAD/CAM 技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)的有如下幾項(xiàng)要求： 1）研究特征建模技術(shù)，發(fā)展新的

11、設(shè)計(jì)理論的方法； 2）開(kāi)展制造仿真軟件及虛擬制造技術(shù)的研究，提供支持并行工程運(yùn)行的工具和條件； 3）探索新的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)方法，適應(yīng)可制造性設(shè)計(jì)（ DFM）的要求； 4）借助網(wǎng)絡(luò)及統(tǒng)一 DBMS技術(shù)，建立并行工程中數(shù)據(jù)共享的環(huán)境； 5）提供多學(xué)科開(kāi)發(fā)小組的協(xié)同工作環(huán)境， 充分發(fā)揮人在并行工程中作用。 以上要求將極大地促進(jìn) CAD/CAPP/CAM技術(shù)的變革和發(fā)展。4 結(jié)語(yǔ)隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，CAD/CAM技術(shù)也日臻成熟，其在現(xiàn)代模具中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。同樣隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，未來(lái)模具CAD/CAM方面的國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)必將越來(lái)越激烈。而 CAD/CAM技術(shù)的進(jìn)步始終與工程實(shí)際相結(jié)合，它在我國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展必將對(duì)制造企業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響， 對(duì)提高我國(guó)制造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力起到舉足輕重的作用。 面對(duì)在技術(shù)上的晚起步以及在其發(fā)展上的各方面缺陷，我國(guó)應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加大對(duì)模具 CAD/CAM技術(shù)等方面的先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)注及投入，努力發(fā)展，早日在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到世界先進(jìn)水平。參考文獻(xiàn)1李志剛 . 模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) . 武漢：華中理工大學(xué)出版社，1998,2 周天瑞 . 模具 CAD/CAM 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2005,3 李 凱. CAD/CAM與數(shù)控自動(dòng)編