CAM技術在現代塑料模具設計制造中的應用

伊丁香

摘要：隨著制造技術快速發展，塑料模具應用范圍逐漸變廣，由于塑料模具操作具有一定困難性，再加上編程工作量相對較大，導致塑料模具使用效率無法提升。為解決此種問題，需要將計算機輔助技術和制造一體化技術與塑料模具設計制造技術進行融合，從而在節省設計時間的情況下，提升產品的設計精度。CAM技術是制造行業不可缺少的核心技術類型，同時也代表著制造業未來的發展方向。

關鍵詞：CAM技術;塑料模具;設計制造;應用

前言

近年來，隨著國內工廠數控化程度 的不斷提高，數控機床的應用已 經非常普遍。CAM 軟件在提升數控機床 自身效率上發揮了重要作用，從零件模 型的建立到數控程序的生成，從實際模 擬機床加工過程到各種在線測量，都離 不開 CAM 軟件的支持，因此，CAM 軟 件的選擇是數控加工中一項非常重要的 工作，CAM 軟件的性能直接影響零件的 加工質量及加工效率。 軟件的不斷更新升級，使其加工策 略比以前更精細，同時添加了車銑復合 模塊、五軸加工模塊和高效加工模塊等 加工模塊。

1 CAM 技術

計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing， CAM）的核心技術為計算機數字控制。此種系統可以合理應用于制造生產領域和工程領域，通過軟件分析的方法確定系統功能，保證系統處理能力。

2 CAM 技術的應用優勢

2.1拓展加工能力優化工藝方案

比如在五軸加工與車銑復合加工方面，五軸加工可以大幅提高機加工企業的產品加工能力，但目前復雜的五軸聯動加工編程還存在一些問題，多軸加工能力是CAM軟件最大的價值體現，復雜的五軸聯動加工編程必須由CAM軟件來完成。前些年，中航光電引進五軸加工中心時，試切一個“S”型試切件，充分展示了五軸機床的加工能力，高效的刀路軌跡和可靠的防碰撞檢查都被無縫集成到CAM軟件中。正是憑借這樣的五軸加工能力，中航光電能夠勝任大多數加工需求，可以迎接更多復雜工件的挑戰。車銑復合加工可以實現復雜工件的一次裝夾完成全部加工，這樣能夠最大限度地保證工件的尺寸及相關形位公差，尤其是一些核心關鍵部件，尺寸小、結構復雜、公差要求嚴且表面光潔度要求高，按照以前的工藝技術方案，帶曲面或需要多軸加工的工序一般都放在加工中心上，這類工件如果分工序加工，每次裝夾都會產生誤差，最后累積誤差會越來越大，分工序加工的方案無法保證圖紙要求，并且加工效率很低。車銑復合機床結合CAM軟件，實現了復合加工，不僅解決了復雜零件加工，提高了加工效率，更重要的是進一步擴展車削中心加工能力，可以實現曲面及多軸聯動加工，這樣就大大拓展了工藝加工能力。很多工件都可以采用車削中心加工，不但可以保證加工質量，而且效率也得到進一步提升。工藝能力的拓展、提高，是生產效率提升，保證產品質量的關鍵。

2.2有效提高加工效率

CAM軟件的最大特點之一是能夠實現高效加工。原來我們認為大型難加工材料的開粗加工是一個十分棘手的問題，尤其是銑加工工序，不但加工時間長，而且刀具費用高。以前公司接到這種零件加工任務時完成率會較之前有所下降，公司采取一些措施之后雖然有一定效果，但是效率提升不超過20%。CAM軟件升級后，添加了高效加工模塊，高效加工是一種新的加工方式，其能充分利用刀具切削刃長度，實現高速切削，該加工方式的主要特點是最大限度地提高材料去除率，通過使用高速刀具路徑，可以使加工高效省時，刀路順暢，提高刀具使用壽命，降低機床磨損，尤其是適合高硬材料的粗加工。應用高效加工開粗以后，易加工金屬（銅鋁）開粗效率提高1倍以上，難加工材料（不銹鋼等黑色系金屬）提高5倍以上，刀具壽命提高3～5倍以上。比如：以前公司加工不銹鋼材料，φ10銑刀每次下刀深度4mm，進給150mm/min，使用高效加工后，下刀深度20mm，進給可以達到600～1000mm，綜合效率提升大約5倍左右。應用高效加工開粗以后，不但大幅提高了難加工材料的加工效率，而且延長了刀具壽命，降低了機床磨損。

2.3減少編程出錯概率

以前員工編程都是使用二維圖，由于員工能力的差異，每年都會出現很多批工件因識圖錯誤造成整批報廢，通常零件報廢率為8%～10%。整批報廢不但造成原材料的損失，更重要的是重新投產造成交付周期的耽誤。使用CAM軟件編程之后，由于引入了工件立體圖，員工編程時可以很方便地觀察工件結構，測量相關尺寸，并且軟件編程還有加工后毛坯與工件實體對比功能，只要進行模擬比較，可以杜絕工件加工錯誤或大范圍超差，這樣出錯的概率會大大降低，報廢率減少到小于1%，相比之前減少報廢率80%～90%，弱化了操作人員技術要求。同時對于員工正確識圖、減少編程錯誤帶來很大幫助，間接提升了加工效率。

3 CAM技術在模具設計工程中的應用

在目前的CAM模具設計過程中，要完成加工操作，需要先使用計算機軟件進行數控編程。目前可使用的軟件相對較多，如UG、3DMAX和SolidWorks等。這些軟件的功能較為強大，具有三維立體建模設計、機械制造加工仿真和直接生成數控程序等多項功能，并且在生成程序后即可進行模具設計的相關操作。具體來看，利用計算機軟件進行數控編程的步驟主要分為以下幾部分。

第一，對需要加工的零件進行建模

第一，對需要設計的模具進行建模。在建模環節中，通常采用實體建模這種方式。該步驟是進行整個模具設計的基礎。第二，在建模完成后對模具進行設計。設計時，設計人員可以利用計算機軟件平臺充分展現模具的實際效果，以獲得滿意的設計成果。同時，在設計的過程中，為確保設計的準確性以及科學合理性，需要在明確相關軟件的使用方法的基礎上，按照設計的基本要求，以“先整體后部分”的設計原則逐步進行設計，即先完成整體輪廓，再逐步填充細節。在這一過程中，通常涉及計算機軟件中的多項功能，如直線、曲線、拉伸、切除等。在模具設計完成后，需要在軟件中對各個模具進行模擬拼接，以驗證整體的設計效果。第三，標記設計的模具參數，包括斜面角度和邊長。在這一環節中，重點是確定這些參數是否對整體存在影響。若存在影響，則需要對相關參數進行修正，以確保所有模具的尺寸參數保持一致，從而為后續的數控設計環節提供重要的保障。另外，在一些特殊工作中，第二步和第三步的工作可以同時進行。第四，使用計算機軟件中的仿真設計技術對已設計好的模型進行仿真設計，以檢驗是否出現設計工藝方面的錯誤。由于仿真設計不需使用實體材料，因此使用軟件仿真減少了原材料的浪費情況。第五，利用相關的計算機軟件直接生成數控設計程序。這一步驟是最為重要的步驟，上述步驟均為此步驟的準備工作。在仿真設計環節順利完成后，可使用軟件中的導出功能直接導出程序文件，不再需要重新編寫程序。除此之外，為實現高效利用程序文件，構建高效的信息通信機制也是不可或缺的一項內容。為實現這一目標，通常需要基于互聯網技術構建三層級的信息通信機制，分別為應用層、服務層和數據庫層。其中：應用層的主要作用是提供生產設計的控制信息，以實現信息交互，主要基于遠程服務進行;服務層的主要作用是通過網絡接收相關信息，以響應應用層的操作，同時可對接收到的相關信息進行查詢和調用，主要基于公共對象請求代理體系結構（Common Object Request Broker Architecture，CORBA）分布式控制方式進行;數據庫層主要進行數控程序文件、工藝信息以及機械制造資源的存儲等工作，并通過Java數據庫連接實現數據庫的直接訪問。

4 CAM模具制造過程

在模具制造過程中，若要合理使用CAM技術，需要先了解總體框圖。同時，若想保證模具制造質量，需要借助CAM優勢完成數據建模，并和制造技術進行有效結合。

4.1 CAM結合建模

在CAM技術中，建模技術可以完成現實物體的屬性轉化，并通過數據的方式注入計算機內部，從而實現計算機全方位分析。在產品定義過程中，需要在計算機內部構建完善的數值模型和數字信息，以合理尋找產品信息化源頭，才能做好產品設計分析和圖紙生成工作，保證模具制造仿真效果，預防受到外界因素干擾。在生產管理過程中，需要提供相關產品的真實信息，將信息技術作為制造業的前提條件，從而展現CAM技術的優勢。另外，在了解零部件結構和尺寸信息的情況下，需要根據適當比例完成實體幾何建模，然后將數據保存在磁盤上，將其作為數控設計的基礎條件。

4.2模具生產

根據CAM系統中出現的相關數據，在模塊完成零部件設計處理后，需要了解各項任務條件，如數據自動交換和的選擇等，在方案選擇過程中需要留有余量，根據設備設計尺寸自動完成求解。在使用CAM軟件時，需要及時了解刀具軌跡，通過合理的連接命令將各種刀具軌道首尾相接，以保障作業效果。在獲取刀位數據過程中，需要了解中心軌跡和刀具的姿態，在了解系統特征的情況下，使用計算方法保證獲取數據的穩定性。

4.3模具程序生成和設計方式

根據模具控制條件，需要合理應用刀位數據和輔助信息，以完成刀位數據的有效處理。根據模具系統的相關指令和程序特點，模具要能夠保證零部件設計質量，并且能夠將數據直接輸送到模具系統中。通過系統生成NC代碼時，需要及時完成三維圖像仿真，并使用模具對數據進行驗證，以預防出現設計誤差。此外，還需使用NC程序查看系統運行是否可以滿足設計標準，在出現設計問題時需要及時修正NC程序，以便于快速完成模具制造工作，保證結果符合要求。

5 CAM技術發展趨勢

CAM技術發展具有集成化特點，在模具設計系統中能夠將不同軟件有效結合，并通過同一方法進行控制，從而及時完成數據提取和交換，最終實現數據共享，同時在保證系統數據穩定流通的情況下，提升各程序運行質量。通過了解國內外大量數據可以得出，CAM運行系統的效率需要通過其他程序進行體現。在CAM系統沒有得到CAM系統支持的情況下需要耗損大量資金引進先進的設備。即便如此，設備的使用效果也無法得到保障。在系統應用過程中，需要得到完善的程序支持，將數據作為計劃依據，并嚴格按照標準進行執行，才能達到理想的控制效果。在未來發展中，CAM系統能夠實現完美結合，從而消除信息孤島問題，取得良好的工作效果。

結束語

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