淺析模具CAD/CAM技術(shù)在國內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)中的發(fā)展及應(yīng)用

賴嘯 伍倪燕 劉勇

摘 要：本研究簡單介紹了模具CAD/CAM技術(shù)的概念及其在國內(nèi)外制造行業(yè)中的應(yīng)用情況，然后介紹了模具數(shù)控加工技術(shù)在制造領(lǐng)域發(fā)展中的地位和與CAD/CAM技術(shù)的聯(lián)系，最后為模具先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展指明了方向。

關(guān)鍵詞：CAD/CAM；模具制造行業(yè)；模具數(shù)控加工技術(shù)

1 CAD/CAM技術(shù)概述

CAD/CAM技術(shù)是近20年以來在我國制造業(yè)快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，全稱是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造。CAD/CAM技術(shù)的推廣和應(yīng)用，推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)更新，在很大程度改變了人們設(shè)計(jì)、制造產(chǎn)品的觀念。

而CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)的廣泛應(yīng)用，大大提高了產(chǎn)品的加工效率和產(chǎn)品的精度，降低了產(chǎn)品的加工生產(chǎn)成本，縮短了大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，并降低了操作者的工作強(qiáng)度。

在現(xiàn)代制造行業(yè)尤其是模具行業(yè)中，模具CAD/CAM技術(shù)的高效率、高精度、高智能化、柔性制造等特點(diǎn)使得越來越多的模具企業(yè)對CAD/CAM技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用開始重視。

2 CAD/CAM技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展

早在20世紀(jì)60年代，英國DQC公司就采用CAD/CAM系統(tǒng)對汽車覆蓋件的制造的進(jìn)行技術(shù)革新。在1978年，德國EPMC公司運(yùn)用CAD/CAM技術(shù)設(shè)計(jì)出新型級進(jìn)模，可以選擇模具的結(jié)構(gòu)、類型和工藝參數(shù)，極大程度地改變了凸模、凹模等工作零件的設(shè)計(jì)方式并縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了零件精度。

我國是從1975年以后開始引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，從而開始研究模具CAD/CAM技術(shù)，由于歷史原因，我國語歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距。目前我國獨(dú)立研發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)運(yùn)用廣泛的代表產(chǎn)品有：北京機(jī)械制造研究所研發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)、重慶大學(xué)機(jī)電研究所研發(fā)的注塑模CAD/CAM系統(tǒng)。

目前CAD/CAM技術(shù)在我國機(jī)械制造行業(yè)的運(yùn)用和開發(fā)中還存在著較多問題，具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

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

2）CAD/CAM系統(tǒng)國產(chǎn)元件太少，國有化水平不高，技術(shù)更新較慢。

3）CAD/CAM系統(tǒng)二次開發(fā)和逆向工程技術(shù)在設(shè)計(jì)產(chǎn)品中體現(xiàn)較弱。

3 模具數(shù)控加工技術(shù)在制造業(yè)的發(fā)展趨勢

在模具零件的數(shù)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(shù)控機(jī)床中，經(jīng)過數(shù)控裝置對信息的處理和運(yùn)輸中，再傳送到伺服系統(tǒng)，最后由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床本體，閉環(huán)控制的機(jī)床還帶有檢測反饋裝置，最終實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)加工。

相對于普通機(jī)床，數(shù)控機(jī)床加工擁有：生產(chǎn)效率高；同批次零件的精度高；能保證尺寸穩(wěn)定；對機(jī)床操作員工的要求不高；加工過程容易控制；能減少裝夾時(shí)間和換刀時(shí)間；更有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的柔性制造和企業(yè)的現(xiàn)代化管理等很多優(yōu)點(diǎn)。

隨著工業(yè)產(chǎn)品的多樣化、智能化的高速發(fā)展，以及企業(yè)生產(chǎn)成本、生產(chǎn)周期的控制，為了提高企業(yè)的核心競爭力，數(shù)控加工技術(shù)和數(shù)控設(shè)備已逐漸被模具制造行業(yè)廣泛應(yīng)用。

4 模具CAD/CAM與數(shù)控技術(shù)的緊密結(jié)合

隨著信息技術(shù)的不斷更新，數(shù)控技術(shù)由以往的硬件系統(tǒng)發(fā)展到了如今的CNC數(shù)控技術(shù)。

數(shù)控技術(shù)不斷的研發(fā)與更新，結(jié)合模具CAD/CAM設(shè)計(jì)方式的新型系統(tǒng)被逐步開發(fā)出來，目前模具通用CAD/CAM技術(shù)在冷沖模、注塑穆的設(shè)計(jì)和制造中起著尤為重要的作用。

在模具設(shè)計(jì)與制造過程中，利用模具CAD/CAM技術(shù)可明顯提高模具產(chǎn)品的生產(chǎn)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(shù)控車削、銑削、電火花成型、電火花線切割等數(shù)控技術(shù)是在模具制造中最常用的加工手段。

數(shù)控車（車削中心）可加工圓柱體的凸模零件，數(shù)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(xì)縫、尖角、高精度要求的模具零件。

我國”十二五“規(guī)劃中對機(jī)械制造行業(yè)尤其是模具制造行業(yè)的發(fā)展提出了明確目標(biāo)：模具的加工精度達(dá)到士2um（微米）；模具的制造周期縮短三分之一；數(shù)控機(jī)床的使用率提高百分之五十；成型、精密、復(fù)雜模具設(shè)計(jì)和制造的比例提高三分之一。

為了實(shí)現(xiàn)“十二五”規(guī)劃提出的目標(biāo)，對模具數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。我國大連機(jī)床廠、南京數(shù)控公司、重慶機(jī)床廠等企業(yè)先后研發(fā)了先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)和高精密機(jī)床，比如廣州機(jī)電研究所精密制造有限公司研制的M01-3VC高精度五軸聯(lián)動(dòng)加工中心轉(zhuǎn)速可以達(dá)到30000r/min，換刀時(shí)間控制在1秒到1.5秒，刀庫中刀具數(shù)量最多可以容納50把刀，并且各軸的定位精度最高可以達(dá)到5um（微米）。數(shù)控車削中心、數(shù)控銑床、車銑復(fù)合中心、多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床正向高速、高精度、高智能化、柔性化等方向發(fā)展。我國跟歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，這些設(shè)備還有一定的差距，要認(rèn)清當(dāng)前的現(xiàn)狀。

5 模具CAD/CAM/CAE未來的發(fā)展

在模具設(shè)計(jì)與數(shù)控加工過程中，特別是針對大型復(fù)雜沖壓模具和小型高精密要求的注塑模具設(shè)計(jì)與制造過程中，如何在提高模具質(zhì)量的基礎(chǔ)上，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率并降低成本，如何在材料、機(jī)床、工藝策略不變的情況下，運(yùn)用模具CAD/CAM/CAE技術(shù)來提高加工精度和加工效率是未來模具行業(yè)的發(fā)展方向。

運(yùn)用模具CAD對高精度、復(fù)雜模具進(jìn)行設(shè)計(jì)；用UG軟件的編程模塊對數(shù)控加工進(jìn)行模擬仿真，根據(jù)仿真結(jié)果選取出最優(yōu)加工軌跡，進(jìn)行實(shí)際加工。在模具制造過程中，對采用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和數(shù)控加工過程的優(yōu)化，能顯著地提高模具加工質(zhì)量和產(chǎn)品的加工效率。

三維真實(shí)感流動(dòng)模擬技術(shù)是機(jī)遇模具CAE系統(tǒng)的新型計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)。三維真實(shí)感流動(dòng)模擬技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，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(tài)塑料在厚度方向上流動(dòng)的速度，因此不能分析成型過程中的微觀表現(xiàn)。然而直接利用塑料件三維實(shí)體的基本信息來生成立體的三維流動(dòng)模擬技術(shù)，用生成的三維立體網(wǎng)絡(luò)直接進(jìn)行有限元分析，并且分析的結(jié)果能直接在三維實(shí)體上顯示出來。這種技術(shù)可以解決上述兩種技術(shù)所遇到的問題。

參考文獻(xiàn)：

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