CAM技術在現(xiàn)代塑料模具設計制造中的應用

孫高鋼，馮清梅

(臺州第一技師學院，浙江 溫嶺 317500)

我國塑料工業(yè)在數(shù)十年的發(fā)展過程中逐漸積累了經驗。目前，我國塑料工業(yè)生產已經達到了比較成熟的程度。模具是現(xiàn)代工業(yè)生產中的重要生產工具，模具的應用大大提升了工業(yè)生產制造的工作效率，模具的使用可以保證工件制造質量的統(tǒng)一性。而工程塑料對耐久性、耐腐蝕性、耐高溫等方面都有著較高的標準要求。塑料模具對模具尺寸、形位有著較高的精準度標準規(guī)范，單憑手工加工已經難以滿足塑料模具的生產要求，生產效率也較為低下，難以滿足我國工業(yè)發(fā)展的需求。CAM技術是一種基于計算機技術研發(fā)的數(shù)控機床技術，其通過軟件系統(tǒng)實現(xiàn)對硬件結構的設計，再由數(shù)控機床完成制造與拼裝。CAM技術可以為塑料模具生產提供計算機輔助制造，通過計算機設計軟件實現(xiàn)對塑料模具結構的設計，再通過工程軟件實現(xiàn)對力學結構、模具強度、精度等性能方面的測試，顯著提升了塑料模具的制造質量。將CAM技術應用于現(xiàn)代塑料模具的設計與制造中，可以更好地保證模具的設計制造水平，達到進一步提升工業(yè)生產水平的目的。

1 CAM技術概述

CAM技術是20世紀50年代由美國麻省理工學院率先提出的技術理念，在之后的發(fā)展中逐漸成熟，目前已經成為一種可以代替工業(yè)手工生產的計算機數(shù)控生產技術。CAM技術建立在計算機分級結構體系之上，其計算機系統(tǒng)可分為多個層級，具體組成包括數(shù)控機床、傳送部分、裝載部分以及質量檢測等，根據(jù)硬件與軟件加以詳細區(qū)分。

從狹義上來說，CAM技術可以實現(xiàn)從模具設計到制造完成整個過程的生產工作，其不僅包含了對生產計劃的制定、生產進程的設計、工序工時的設計，也涉及了對加工、組裝、質檢、保存以及輸送等方面的檢測與管理，該技術的概念可以等同于數(shù)控技術。

2 CAM技術在塑料模具設計制造中的應用策略

2.1 在并行工程基礎上的應用

并行工程是一種在集成化、并行思想下的生產管理模式，在該思想下實現(xiàn)產品的生產制造，這是與串行生產管理模式完全不同的新型生產管理模式。通過對系統(tǒng)集成，將產品的設計與制造過程完全囊括，涵蓋產品的整個生產過程，這對每個環(huán)節(jié)的工作水平都有著較好的提升效果，也能更好確保各個環(huán)節(jié)的工作質量。

在并行工程基礎上引入CAM技術，可以更好地適應全球經濟一體化的大環(huán)境，保證企業(yè)能夠對生產資源進行更好的管理與利用，提升資源的利用效率。在生產初期階段，利用CAD技術實現(xiàn)對產品結構的設計，再利用CAE技術對設計完成后的產品進行模擬檢驗，測試其具體性能，最終完成塑料模具產品的制造工作。CAM技術的應用改變了以往的制造模式，將工作重心從整個工藝的最后一步轉移出來，轉變到整個生產過程之中。CAD技術的應用首先應建立一個完整的CAX體系，該體系可以按照生產環(huán)節(jié)進行工作任務的分配，為設計階段設置CAD小組，為產品性能預估階段設置CAE小組，為產品制造階段設置CAM小組，通過各小組的配合，完成對產品的設計制造工作。各小組之間加強溝通交流，能夠加快產品開發(fā)效率，及時找到產品設計中的缺陷，提升設計制造效率，縮短研發(fā)周期，減少生產成本，進一步提高企業(yè)的競爭力。

塑料模具在精度上有著較高的要求，因此，將整個生產流程按照設計、制造與檢驗加以區(qū)分，再通過加強三者之間的聯(lián)系來實現(xiàn)生產效率的提升，這樣就能達到縮短生產時間、提高資源利用效率的目的，各小組涉及的工作內容可參考表1。

表1 CAX體系Tab.1 CAX system

2.2 基于逆行工程的CAM技術

逆行工程是指在現(xiàn)有產品基礎上，實現(xiàn)對產品生產流程、產品組織結構等設計要素的逆向推導，進而實現(xiàn)對現(xiàn)有產品的改進式設計。整個仿形加工步驟為對產品實體的仿形建模，實現(xiàn)仿形加工，最后進行后續(xù)的修改。而原本仿形加工是由人工操作來達成的，在原本加工模式下加入CAM技術，可以對仿形加工的生產模式加以優(yōu)化，通過CAM技術提升設計制造效率。

在逆行工程下應用CAM技術的方法如下：第一，利用坐標測量設備以及3D激光掃描儀實現(xiàn)對產品原型的數(shù)據(jù)記錄。第二步，利用測量得出的數(shù)據(jù)完成對產品的模擬建模，將每個組件進行單獨的處理分析。第三，完成產品組件的處理分析后，利用CAD軟件導出模型數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)對產品的模擬建模，確保模型與實物的模擬。第四，將CAD模型進行后續(xù)的數(shù)據(jù)修正，修正完成后，按照CAD模型完成實物的制造，對制造出的成品與原本產品進行實物對比，根據(jù)對比差異進行后續(xù)的修正，通過多次的對照修改，確保仿形產品與原產品的高度擬合。第五，經過多次的對照修改，最終確定模具，投入生產。

2.3 知識工程下的CAM技術應用

近年來，工業(yè)生產逐漸加入了人工智能技術的應用，人工智能技術可以顯著提升生產效率，同時計算機內存儲的數(shù)據(jù)信息也能對設計提供更加專業(yè)的分析與判斷。在知識工程基礎上應用CAM技術，不僅可以通過人工智能技術為模具設計提供更高的數(shù)據(jù)支持，還能提供更多的實踐經驗。應用CAM技術時，應先建立塑料模具專業(yè)知識的數(shù)據(jù)存儲服務器，通過數(shù)據(jù)庫提供信息資源，再利用人工智能技術模擬行業(yè)專家，對塑料模具的設計進行智能分析，判斷設計成果是否完美，最終提出相應的決策性建議。

3 CAM技術的發(fā)展趨勢

3.1 設計與制造環(huán)節(jié)的進一步集成

在未來的塑料模具生產中，設計軟件與檢驗軟件之間的匹配性會越來越高。為了實現(xiàn)設計、制造環(huán)節(jié)之間緊密配合，CAM技術將作為重要的聯(lián)系手段。要想更好地應用CAM技術，必須做好CAD、CAE等技術的前期工作，這樣才能提升設計水平，確保較高的設計質量，避免返工情況的發(fā)生，有效地控制生產成本。

3.2 與互聯(lián)網技術的緊密結合

隨著互聯(lián)網技術的普及，在未來的塑料模具生產工作中，還要注意對互聯(lián)網技術的引入。CAM技術是建立在充足的數(shù)據(jù)信息儲備基礎之上的，企業(yè)如果隔絕與外界的聯(lián)系，不能實現(xiàn)技術信息的交流，就很難發(fā)揮CAM技術的全部性能。加強互聯(lián)網技術的應用，才能通過網絡實現(xiàn)信息的交流與資源的共享。

4 結語

在塑料模具設計制造中應用CAM技術，可以顯著提升設計效率與設計水平，同時，也能提高各個生產環(huán)節(jié)的協(xié)調性，進而達到提升生產效率、降低生產成本、促進企業(yè)發(fā)展的目的。