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

摘要：目前，CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(gè)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(jì)；模具制造；工業(yè)產(chǎn)品 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的要求越來(lái)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(shí)，產(chǎn)品外形也越來(lái)越復(fù)雜化。此外，由于工業(yè)產(chǎn)品的更新速度越來(lái)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(shì)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)稱，它是指設(shè)計(jì)人員運(yùn)用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)的工作。一般來(lái)說(shuō)，CAD技術(shù)可以使設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)計(jì)算、分析及比較，從而選擇出一個(gè)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，此外，還可以利用該技術(shù)將設(shè)計(jì)中的各種信息存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，以便將來(lái)運(yùn)用的時(shí)候快速提取信息。

CAM是計(jì)算機(jī)輔助制造的簡(jiǎn)稱，它的核心是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制，是指將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程或系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，CAM系統(tǒng)具有兩方面的功能，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與過(guò)程自動(dòng)化。

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

CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用具有以下四個(gè)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)了大量的專業(yè)技術(shù)知識(shí)，這就為模具的設(shè)計(jì)與制造提供了依據(jù)。設(shè)計(jì)人員與計(jì)算機(jī)充分發(fā)揮各自的功能，這樣就使模具設(shè)計(jì)與制造更加科學(xué)、合理；其二，CAD/CAM可以縮減模具設(shè)計(jì)與制造的時(shí)間。在設(shè)計(jì)模具的過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)圖樣繪制的自動(dòng)化，大大減少了設(shè)計(jì)過(guò)程中花費(fèi)的時(shí)間；其三，CAD/CAM可以降低模具生產(chǎn)的成本。利用計(jì)算機(jī)完成設(shè)計(jì)的自動(dòng)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(guò)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(jì)人員的工作量。由于自動(dòng)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，這樣設(shè)計(jì)人員就可以從繁重的工作中解脫出來(lái)，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(jì)中的應(yīng)用

CAD在模具設(shè)計(jì)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(huì)將自己設(shè)計(jì)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(kù)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(shí)候就必須通過(guò)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(jì)中的具體流程包括：首先，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該以市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，在對(duì)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(bào)情況。其次，模具企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)決策，并在生產(chǎn)計(jì)劃的指令下進(jìn)行操作。負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的模具工作人員利用CAD工作站，對(duì)模具設(shè)計(jì)過(guò)程中的數(shù)據(jù)、文字等信息進(jìn)行分析、計(jì)算以及繪制工程圖等工作。最后，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以利用CAD工作站對(duì)設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而評(píng)估產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)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(jì)中可以大大降低設(shè)計(jì)人員的工作量，從而讓設(shè)計(jì)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(guò)程中，對(duì)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(jiǎn)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(duì)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(guò)程中，對(duì)加工工藝的要求就非常高，所有的工藝過(guò)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(lái)說(shuō)，CAM可以滿足的高速加工技術(shù)包括以下三個(gè)方面：其一，CAM系統(tǒng)在模具加工過(guò)程中具有全程自動(dòng)刀柄干涉檢查以及自動(dòng)防止過(guò)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(guò)程中的計(jì)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(guò)程中編程方式的改變，有利于編程人員根據(jù)實(shí)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(cè)過(guò)程中應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)

在模具檢測(cè)過(guò)程中，CAD/CAM系統(tǒng)可以配合三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行模具的檢驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō)，CAD/CAM系統(tǒng)的測(cè)量空間范圍是3250mm×2090mm×1370mm，而三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的任何一點(diǎn)的檢測(cè)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(cè)儀作為一種監(jiān)測(cè)工具，它不僅可以對(duì)模具最終的品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還可以在模具加工過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè)，即檢測(cè)模具加工工序中的精度。在進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，各零件的各部位必須以比較密的軌跡進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)每幅模具要檢驗(yàn)兩次，分別是在沖壓前與沖壓后進(jìn)行一次檢測(cè)。在檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)模具上、下模型腔的對(duì)合情況應(yīng)該采用理論計(jì)算的方式對(duì)模具的厚度進(jìn)行測(cè)量，這樣可以有效了解CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的精度情況，確保模具的檢測(cè)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(duì)于沖壓模具來(lái)說(shuō)，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(guò)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(lái)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(lái)，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(lái)說(shuō)，模具工程師對(duì)CAD/CAM系統(tǒng)的應(yīng)用主要包括兩個(gè)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(shí)還可以展開(kāi)模具設(shè)計(jì)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(shí)還可以用于模具鑄造品質(zhì)的改善。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，CAD/CAM系統(tǒng)可以將模具信息的分析、設(shè)計(jì)以及制造等進(jìn)行有效結(jié)合，從而為模具設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，并提高了模具制造的質(zhì)量。在模具設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)，在模具制造過(guò)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(cè)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(jì)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(jì)人員的建模時(shí)間、設(shè)計(jì)時(shí)間，同時(shí)還提高了模具的精度。

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作者簡(jiǎn)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(jì)與制造（鉛酸蓄電池生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)與制造、模具設(shè)計(jì)與制造）。

（責(zé)任編輯：陳 倩）