淺析模具CAD/CAM技術在國內機械制造行業中的發展及應用

賴嘯 伍倪燕 劉勇

摘 要：本研究簡單介紹了模具CAD/CAM技術的概念及其在國內外制造行業中的應用情況，然后介紹了模具數控加工技術在制造領域發展中的地位和與CAD/CAM技術的聯系，最后為模具先進制造技術的發展指明了方向。

關鍵詞：CAD/CAM；模具制造行業；模具數控加工技術

1 CAD/CAM技術概述

CAD/CAM技術是近20年以來在我國制造業快速發展的計算機應用技術，全稱是計算機輔助設計和計算機輔助制造。CAD/CAM技術的推廣和應用，推動了機械工業產業的技術更新，在很大程度改變了人們設計、制造產品的觀念。

而CAD/CAM技術在機械制造行業的廣泛應用，大大提高了產品的加工效率和產品的精度，降低了產品的加工生產成本，縮短了大批量產品的生產周期，并降低了操作者的工作強度。

在現代制造行業尤其是模具行業中，模具CAD/CAM技術的高效率、高精度、高智能化、柔性制造等特點使得越來越多的模具企業對CAD/CAM技術的研發與應用開始重視。

2 CAD/CAM技術在國內外的發展

早在20世紀60年代，英國DQC公司就采用CAD/CAM系統對汽車覆蓋件的制造的進行技術革新。在1978年，德國EPMC公司運用CAD/CAM技術設計出新型級進模，可以選擇模具的結構、類型和工藝參數，極大程度地改變了凸模、凹模等工作零件的設計方式并縮短了設計周期，提高了零件精度。

我國是從1975年以后開始引入計算機輔助設計技術，從而開始研究模具CAD/CAM技術，由于歷史原因，我國語歐美工業發達國家相比還有很大差距。目前我國獨立研發的CAD/CAM系統運用廣泛的代表產品有：北京機械制造研究所研發的冷沖模CAD/CAM系統、重慶大學機電研究所研發的注塑模CAD/CAM系統。

目前CAD/CAM技術在我國機械制造行業的運用和開發中還存在著較多問題，具體表現在以下幾點：

1）CAD/CAM技術的多功能應用程度較低，許多中小企業長期停留在三維建模和數控編程方面。

2）CAD/CAM系統國產元件太少，國有化水平不高，技術更新較慢。

3）CAD/CAM系統二次開發和逆向工程技術在設計產品中體現較弱。

3 模具數控加工技術在制造業的發展趨勢

在模具零件的數控加工過程中，把零件的形狀、尺寸、加工順序、工藝形式的信息輸入數控機床中，經過數控裝置對信息的處理和運輸中，再傳送到伺服系統，最后由伺服系統驅動機床本體，閉環控制的機床還帶有檢測反饋裝置，最終實現零件的自動加工。

相對于普通機床，數控機床加工擁有：生產效率高；同批次零件的精度高；能保證尺寸穩定；對機床操作員工的要求不高；加工過程容易控制；能減少裝夾時間和換刀時間；更有利于實現產品的柔性制造和企業的現代化管理等很多優點。

隨著工業產品的多樣化、智能化的高速發展，以及企業生產成本、生產周期的控制，為了提高企業的核心競爭力，數控加工技術和數控設備已逐漸被模具制造行業廣泛應用。

4 模具CAD/CAM與數控技術的緊密結合

隨著信息技術的不斷更新，數控技術由以往的硬件系統發展到了如今的CNC數控技術。

數控技術不斷的研發與更新，結合模具CAD/CAM設計方式的新型系統被逐步開發出來，目前模具通用CAD/CAM技術在冷沖模、注塑穆的設計和制造中起著尤為重要的作用。

在模具設計與制造過程中，利用模具CAD/CAM技術可明顯提高模具產品的生產效率，提高模具零件的制造精度，還可以降低人工成本和提高材料的利用率。在具體加工方面，數控車削、銑削、電火花成型、電火花線切割等數控技術是在模具制造中最常用的加工手段。

數控車（車削中心）可加工圓柱體的凸模零件，數控銑削和加工中心可加工凹模、墊板等平面類零件，而電火花和線切割用于加工細縫、尖角、高精度要求的模具零件。

我國”十二五“規劃中對機械制造行業尤其是模具制造行業的發展提出了明確目標：模具的加工精度達到士2um（微米）；模具的制造周期縮短三分之一；數控機床的使用率提高百分之五十；成型、精密、復雜模具設計和制造的比例提高三分之一。

為了實現“十二五”規劃提出的目標，對模具數控加工技術提出了更高的要求。我國大連機床廠、南京數控公司、重慶機床廠等企業先后研發了先進的數控系統和高精密機床，比如廣州機電研究所精密制造有限公司研制的M01-3VC高精度五軸聯動加工中心轉速可以達到30000r/min，換刀時間控制在1秒到1.5秒，刀庫中刀具數量最多可以容納50把刀，并且各軸的定位精度最高可以達到5um（微米）。數控車削中心、數控銑床、車銑復合中心、多軸聯動機床正向高速、高精度、高智能化、柔性化等方向發展。我國跟歐美工業發達國家相比，這些設備還有一定的差距，要認清當前的現狀。

5 模具CAD/CAM/CAE未來的發展

在模具設計與數控加工過程中，特別是針對大型復雜沖壓模具和小型高精密要求的注塑模具設計與制造過程中，如何在提高模具質量的基礎上，縮短設計時間，提高生產效率并降低成本，如何在材料、機床、工藝策略不變的情況下，運用模具CAD/CAM/CAE技術來提高加工精度和加工效率是未來模具行業的發展方向。

運用模具CAD對高精度、復雜模具進行設計；用UG軟件的編程模塊對數控加工進行模擬仿真，根據仿真結果選取出最優加工軌跡，進行實際加工。在模具制造過程中，對采用CAD/CAM技術進行模具設計和數控加工過程的優化，能顯著地提高模具加工質量和產品的加工效率。

三維真實感流動模擬技術是機遇模具CAE系統的新型計算機輔助分析技術。三維真實感流動模擬技術具有很多優點，但是也存在一些問題。由于采用一維有限差分和二維有限元的稱合，不能兼顧到液態塑料在厚度方向上流動的速度，因此不能分析成型過程中的微觀表現。然而直接利用塑料件三維實體的基本信息來生成立體的三維流動模擬技術，用生成的三維立體網絡直接進行有限元分析，并且分析的結果能直接在三維實體上顯示出來。這種技術可以解決上述兩種技術所遇到的問題。

參考文獻：

[1] 榮星，鐘啟茂.模具制造中的高速數控加工技術[J].機械工程師，2010（7）.