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模具CAD/CAM技术综述
汪训煌 发表于:2010-9-15 9:24:22
摘要:本文就CAD/CAM技术的定义、功能、模具CAD/CAM技术优越性、组成、发展现状等进行了分析,综述了国内外模具CAD/CAM技术的发展概况,指出了模具设计过程的规范化、设计方法的算法化及数据结构的合理设计将是该项技术的关键所在;阐明了几何造型在模具CAD/CAM过程中的重要性,它将为整个设计过程提供完整的原始设计信息。
关键词:模具,CAD/CAM ,展望,技术

计算机辅助模具设计与制造,简称模具CAD/CAM(Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing)。目前,它已被公认为是现代模具技术中员重要的基础之一,是模具生产中的重大技术革命,是模具生产走向全盘自动化的根本措施。
一、模具CAD/CAM在工业生产中采用模压技术的主要优点
(一)生产率高
普通压力机每分钟可实现几十次到上百次冲击,如以一模一件计,一台压力机双班制,每天最高产量可达数万件。若采用一模多件或高速冲床及长寿命多工位级进模,其实际产量可数倍于此数或更多。企业若要提高劳动生产率,扩大产量,将其他加工方法尽可能改为模压是极有效的。
(二)质量好
模压产品成形性好,制件形状的几何尺寸一致性高,便于互换。一般地说,模锻件强度高;压铸件缺陷少;银金件重量轻和表面光滑;塑料制品坚固耐用、式样新颖、形状变化无穷、日新月异,几乎无可代替。模压制品的高质量在很多情况下是其他加工方法所不可比拟的。
(三)材料消耗低
模压属于少切屑或无切屑加工,材料利用率高。以模锻代替自由锻,以挤压件代替机加件。广泛使用巧弯件.以塑代木和以塑代钢等措施,对减少材料消耗起着非常显著的作用。
(四)成太低
由于生产率高、质量好和材料消耗低,因此,模压生产的成本,在一定批量下是许多加工方法中最低的。正因为如此,在很多产品中,如汽车、摩托车、电器、仪表、照相机、钟表、玩具和家用电器中的洗衣机、电冰箱中,都广泛使用模压零件。很多产品的模压件所占比重在90%以上。
目前不仅在大批量生产中使用模压技术,即使对于一些小批量、多品种的生产。也开发出一系列简易或特种棋具来,以适应市场竞争中的激烈变化。

二,模具CAD/CAM在现在模具技术中的作用
根据传统做法,一个新产品的开发过程总是分为设计与制造两大部分。模具生产也不例外,模具属单件生产,设计和制造往往是一一对应,所以模具设计员的工作特别繁重。传统的模具设计因循手工设计方法,工作繁琐,模具设计所占工时约为模具总工时的20%左右,模具设计工作量大、周期长、任务急。引入模具CAD技术后,模具设计员可借助电子计算机完成传统手工设计中各个环节的设计工作,并自动绘制模具装配图和零件图。
模具CAM最初应用于模具型腔等复杂形状自动加工的计算机辅助编程,后又逐步扩展为工艺准备和生产准备过程中的许多功能,例如计算机辅助模具制造工艺过程的设计、计算机辅助模具生产管理等各方面的应用。开发模具CAM员原始的依据是模具的几何信息——图形。
    最初的模具CAD技术和模具CAM技术,尽管使用计算机代替了大量繁重手工劳动,取得很大成绩,但是从整个模具生产过程看,却没有什么本质的变化。因为模具CAD仍然是从接受模具设计任务书开始,以绘制模具图完成整个过程;而模具CAM从接受图纸开始,以完成模具制造告终。整个模具生产过程与传统模具生产类似,设计与制造环节问有着严格的分界,二个环节间传递信息的员重要手段是图纸。模具CAD/CAM技术是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上出现的,它是计算机技术综合应用中的一个新的飞跃。
    模具CAD/CAM技术的主要特点是设计与制造过程的紧密联系——设计制造一体化,其实质是设计和制造的综合计算机化。在模具CAD/LAM系统中,产品的几何模型(有些综合系统还要求附加工艺和组织管理方面信息)是关于产品最基本核心数据,并作为整个设计、计算、分析中最原始的依据。通过模具CAD/CAM系统的计算、分析和设计而得到的大量信息,可运用数据库和网络技术将其存储和直接传送到生产制造环节的各个有关方面,从而实现设计制造一体化。
    采用了CAD/CAM技术以后图纸的作用大大减弱,大部分设计和制造信息由系统直接传送,图纸不再是设计与制造环节的分界线,也不再是制造、生产过程中的唯一依据,图纸将被简化,甚至最终消失。
    模具CAD/CAM所包含的内容可大可小,没有统一的定义。狭义地说,它可以是计算机辅助某种类型模具的设计、计算、分析和绘图,以及数控加工自动编程等的有机集成;广义地说,它可以包括成组技术(GT)、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助土程(CAE)、计算机辅助工艺过程设计(CAPP)、计算机辅助检测(cAT)、数控技术(NC、CNC、DNC)、柔性制造技术(FMS)、物料资源规划(MRP)、管理信息系统(M15)、企业管理(MKT)、办公室自动化(OA)、自动化工厂(FA)等多种计算机技术在模具生产过程中的综合。
    展望世界,CAD/CAM技术发展之快,应用面之广,对整个工业界和人类生活影响之大,远远超过了其他高新技术。
三、模具CAD/CAM的发展
模具CAD/CAM技术的发展是随着计算机技术的发展而发展的。发达工业国家从50年代末开始了模具CAD/CAM技术的研究,如美国的通用汽车公司早在50年代就将CAD/CAM技术应用于汽车覆盖件的设计与制造。到60年代末,模具CAD/CAM技术已日趋完善,70年代已研制出了许多模具CAD/CAM的专门系统,可应用于各种类型的模具设计与制造,并取得了显著的应用效果,到了80年代,模具CAD/CAM技术已广泛用于冷冲模、锻模、挤压模、注塑模和压铸模的设计与制造方面。如日本日立公司于1982年研制成弯曲级进模CAD/CAM系统,该系统采用人工与计算机设计相结合的批处理方式;1982年口本富士通公司也研制成功级进模集成CAD系统,该系统用于弯曲零件级进模设计。1985年日本微型模具中心与日本IHM公司合作应用DCSDR曰AW系统开发DESDRAW套冲模CAD/CAM系统,可完成从产品图输人到输出标准件清单、模具总装图、零件图及NC数据的全过程。1987年美国贝特尔哥伦布试验室、Shultz钢铁公司、加利福尼亚大学等联合开发的锻模CAD/CAM/CAE系统,包括工程分析、几何图形数据库、锻造材料数据库、工艺过程模拟、终锻模和预锻模设计、经济分析等功能,反映了当时锻模CAD/CAM研究的最高水平.
由于我国计算机技术发展较晚,国内模具CAD/CAM研究起步相应较晚,直到70年代末才始简单冲裁模CAD/CAM的研究工作。1981年原电子工业部下达了“精冲模CAD/CAM”课题,于1984年通过了技术鉴定。1983年原机械工业部将“冷冲模CAD/CAM”列为国家“六五”攻关项日并于1986年通过鉴定。在注塑模CAD/CAM方面,1986年原机械工业部下达了注塑模CAD/CAM攻关项目,其中一些科研成果已经达到国际先进水平。
四.模具CAD/CAM技术的发展过程
CAD/CAM技术发展到现在已有50多年,无论是硬件技术、软件技术还是应用领域都发生了巨大变化。CAD/CAM技术的发展大致经历了以下三个阶段。
1.单元技术的发展阶段
在这一阶段,针对具体的应用领域,如模具的设计和制造,展开了计算机辅助设计CAD、辅助分析CAE、辅助工艺规程编制CAPP和辅助制造CAM等单一功能系统的开发和应用。这些系统各自为阵,系统间数据结构不统一,通用性差,难于
进行数据的交换和信息的共享。
2.CAD/CAM集成阶段
在这一阶段,出现了通用的CAD,CAM系统,系统的功能也迅速增强。如CAD系统从二维建模发展到三维建模,并普遍采用特征造型、参数化设计等先进技术,CAD,CAE,CAPP和CAM系统实现了集成或数据交换标准化,形成了CAD/CAM一体化技术,并取得了显著的成效。目前,国内的模具设计和制
造正处于C A D/C A M一体化的迅猛发展中。
3.CIMS技术推广应用阶段
随着CAD/CAM一体化技术在设计和制造等领域的推广和应用,计算机辅助技术在企业生产经营的各个领域也得到了快速发展。因此,要求CAD/CAM等计算机辅助系统与计算机管理信息系统进行信息交流,这是一个更高层次上的企业内的信息集成,也就是所谓的计算机集成制造系统。这里的集成,不仅是设计和制造的集成,更是以信息集成为本质的技术、组织机构、人和制造环境的集成。
近20年来,我国模具工业得到了长足的进步,主要取决于模具CAD/CAM技术的成功应用。模具CAD/CAM技术已成为整个CAD/CAM技术发展中最具活力、创造效益最高的应用领域,同时,模具工业也是CAD/CAM技术最普及、应用最成熟的行业之一。如今,在我国模具行业中,从模具图的自动生成、模具加工的自动编程,到运用CAE技术对成型过程进行计算机模拟等,已基本实现了模具CAD/CAM的一体化。
五、模具CAD/CAM的发展方向
(l)造型更容易模具CAD造型技术经历了线框造型、曲面造型到实体造型的发展,人们一直在不断地研究几何造型方法和技术,随着特征造型技术、尺寸驱动的参数化设计和约束管理技术以及NURBS几何造型技术的进一步发展,模具CAD/CAM中描述零件的形状将更加容易。
(2)系统集成化在模具CAD/CAM研究的基础上,人们正致力于计算机集成制造系统CIMS的研究。将产品的设计、加工制造和经营管理等活动结合起来,使设计、制造直到检验成为一个完整的特质流和信息流的流通过程,实现无人化生产。CIMS技术是模具CAD/CAM/CAE一体化技术集成发展的必然趋势,是未来模具企业自动化生成发展的方向。
(3)更具智能化理想的模具CAD/CAM系统,应该从设计到制造全部自动化,人工智能是通向这条道路的重要途径。智能专家系统可以完善模具CAD/CAM系统的功能,有利于创造更高级的CAD/CAM系统,它将是模具CAD/CAM的一个重要发展方向。
(4)分析最优化目前模具CAD/CAM系统使用的大多还是人工设计准则,因而模具生产仍然存在可靠性问题。采用塑性模拟技术可以分析塑性成形过程,提高上艺分析和模具CAD/CAM的理沦水平与实用性,所以计算机模拟技术、优化技术将会得到更大发展。
(5)设备新型化口前模具CAD/CAM正转向超级微型计算机工作部及新型外围设备,以超级计算机为基础的CAD/CAM系统将不断增多,而且功能将不断加强。同时用于CAD/CAM的新型外围设备也将不断问世。
(6)结构网络化 网络化是模具CAD/CAM一体化技术的发展方向。同一模具企业,将各部门计算机联网,以便信息共享;另外模具企业必须与外部公共网络联结起来,以适应现代化市场激烈竞争的需要。
六.模具CAD技术的展望
模具CAD技术的开发和应用前景是非常广阔的。随着计算机技术高速发展和国际信息网络的广泛应用,模具CAD系统已成为模具制造业的重要载体,推动了我国的模具制造业正朝着国际化、现代化迅速发展。目前国内许多工业企业对模具CAD技术的重视程度越来越高,投资越来越多,但选择模具CAD技术的发展方向确是十分重要的在一段时期内.模具CAD技术的发展和应用应着重如下几个方面的工作。
(1)标准化规范化的建设标准化、规范化设计是现代设计的显著特征,是文明设计的体现。投有标准化就难以实现计算机化。没有CAD系统的应用就谶不上现代文明设计。目前国家对模具结构已颁布了标准.模具企业也翩定了自己的企业标准。但标准工作还不能满足现代化设计的要求。制定标准和规范重点在企业自身,对企业而言成熟的技术就建成标准,通用的技术就建立规范.这样擞对完善和发展CAD技术十分重要。
(2)国际国内信息网络的应用莸国的企业在保护商业秘密的同时,应最大限度地利用国际互联网培资源和国内信息资源,实现资源共享。信息资源的同培化就像为我们的CAD系统安上了眼睛和耳朵,使模具CAD系统的功能大大扩展。
(3)建立模具CAD系统的反馈子系统模具CAD系统.本身就是一个日趋发展的系统。该系统的优劣全靠后序工作来鉴定。如果没有后序的反馈子系统,模具CAD系统自身存在的缺陷和问题就难以得到解决,就不利于模具CAD系统的完善与发展。
随着模具CAD系统功能的增强,我国的模具崩造业必将获得更大的发展。中国模具进入国际市场必将成为现实。


参考文献:
[1] 现代模具技术  模具CAD_CAM技术 国防工业出版社
[2] 刘寄瑞 谈谈发展中的模具CAD技术 机械工人(冷加工)
[3] 蒋金云 模具CAD/CAM技术的应用现状及发展趋势 科技咨讯
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