王昆侖 錢立方 鄭君文 勞俊偉

摘 要：隨著現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和優(yōu)化，對模具制造業(yè)的技術(shù)程度也有了改變，將現(xiàn)有的高科技手段應(yīng)用到模具制造業(yè)中是可以加大制件的尺寸精準(zhǔn)度，還可以方便制件的制造過程。本文就針對在模具制造業(yè)中應(yīng)用CAD/CAM 技術(shù)來優(yōu)化制造過程和方法，提高模具的精準(zhǔn)度。和傳統(tǒng)的制造模具技術(shù)相比，CAD/CAM 技術(shù)性能優(yōu)異、操作簡單以及便于維護(hù)等優(yōu)勢，而常用的軟件有UG、VATIA 等等。接下來就針對這一方面進(jìn)行詳細(xì)的說明和探討。

關(guān)鍵詞：CAD/CAM技術(shù);模具制造;模具設(shè)計(jì)

引言

在CAD/CAM技術(shù)中，有著很多的一體化應(yīng)用軟件，而這些軟件可以做到模具參數(shù)具體化和變量化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，此外還可以將造型技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合起來，形成一個(gè)完備的加工制件的過程，優(yōu)化加工方式。在很大程度上提高了尺寸的精確性，有很強(qiáng)的實(shí)用效果和使用性能。轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的加工方式，進(jìn)一步可以制造出更加精確和性能好的制件。在CAD/CAM技術(shù)在加工零件的過程中使用了數(shù)控加工的方式，有著自動化和智能化的優(yōu)勢，軟件使用者可以在模具設(shè)計(jì)和加工方式進(jìn)行研究和擴(kuò)展。為了適應(yīng)現(xiàn)階段對產(chǎn)品性能和外觀要求的不斷提高，也是為了滿足消費(fèi)者的需求，這就需要模具設(shè)計(jì)和制造行業(yè)要及時(shí)更新新技術(shù)，采用更加先進(jìn)的技術(shù)手段，改善現(xiàn)有的加工方式，實(shí)現(xiàn)效率和質(zhì)量上的提高?，F(xiàn)階段已經(jīng)有很多企業(yè)采用了CAD/CAM 技術(shù)來進(jìn)行模具制造業(yè)的加工，且在這方面業(yè)很有成果，再者可以提升企業(yè)和核心競爭力。

CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）技術(shù)從誕生到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展的很快了，最引人關(guān)注的一個(gè)技術(shù)手段，也是可以體現(xiàn)制造業(yè)水平的一個(gè)標(biāo)志。這一項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展正在引起一場新的制造業(yè)改革，在很多方面都有巨大影響。CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計(jì)與制造的運(yùn)用比傳統(tǒng)的方法更有優(yōu)越性，也會讓制造業(yè)的水平發(fā)展到一個(gè)很高的地步。

1 CAD/CAM系統(tǒng)軟件簡介

1.1 CAD常用軟件

在模具制造業(yè)中使用CAD/CAM技術(shù)可以利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成圖紙的設(shè)計(jì)，相比于傳統(tǒng)的手繪精確度也會更高。這一過程中對圖紙的尺寸精確度要有保證。一般情況下是使用鍵盤來輸入相關(guān)的尺寸，這就對圖紙的尺寸精確度要求更高，通常情況下是精確在萬分位上。而如果是數(shù)控機(jī)床加工的話就需要更高的精確度。還有就是圖紙里面有線條在重合時(shí)，計(jì)算機(jī)會根據(jù)用戶的需求來進(jìn)行指令的操作，而沒有這種情況可以清晰找到位置。利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行繪圖時(shí)要按照實(shí)際尺寸來進(jìn)行，尺寸地精確度要把握好，減少實(shí)際失誤。

常見的CAD軟件有Auto CAD、Pro/E和Solidorks三種。Auto CAD的優(yōu)勢在于二維平面，缺點(diǎn)是三維功能不夠充分，所以Auto CAD多使用于平面設(shè)計(jì)。Rro/E的功能較全面，有CAD和CAM 兩個(gè)板塊內(nèi)容，現(xiàn)階段是主要以CAD板塊為主要內(nèi)容，但是如果用這一軟件進(jìn)行建模，其在特征方面的修改難度太大，會導(dǎo)致對空間的利用率低下。Solidworks屬于參變量式三維CAD軟件，這個(gè)三維建模軟件在空間分析有很大優(yōu)勢，而且操作簡單，學(xué)起來也較快，所以這個(gè)軟件多應(yīng)用在機(jī)械制圖、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面。

1.2 CAM 常用軟件

CAM 的常用軟件有UG、I-deas、Mastercam 和Cimatron。就目前CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r發(fā)現(xiàn)，UG是一種相對先進(jìn)的軟件，主要以復(fù)合建模技術(shù)為主，采用實(shí)體、曲面以及線框等建模方式，具有強(qiáng)大的造型能力，可以應(yīng)用在復(fù)雜曲面造型，另外也適用定軸、多軸和變軸，可以對UG造型模塊中的任意幾何體進(jìn)行加工，但UG本身也有缺點(diǎn)，比如各個(gè)零件之間不能做到定位約束;I-deas具有高度集成化特點(diǎn)，可應(yīng)用于單一數(shù)字模型之中，能夠進(jìn)行產(chǎn)品仿真分析、設(shè)計(jì)、測量或數(shù)控加工，利用CAM技術(shù)可以提升刀具、機(jī)床運(yùn)動效率，也能夠優(yōu)化加工和自控過程，修改該模型的同時(shí)，可以修改形狀幾何拓?fù)潢P(guān)系，能夠簡化操作。

Mastercam由CNC公司開發(fā)，在CAD技術(shù)方面，具有構(gòu)圖快捷的優(yōu)勢，不論是二維還是三維構(gòu)圖，利用該軟件都可以快速完成，且可以用于復(fù)雜外形、空間曲面模具零件設(shè)計(jì);Cimatron主要應(yīng)用于模具開發(fā)與設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者可以利用該軟件了解模具分型面與抽芯，并且利用軟件進(jìn)行動態(tài)檢查，掌握各個(gè)操作過程，進(jìn)而提升設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性，目前，國內(nèi)有許多企業(yè)都利用該軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的專業(yè)性，是模具制造業(yè)比較常用的軟件之一[1]。

2 CAD/CAM 軟件繪圖的應(yīng)用優(yōu)勢

使用CAD/CAM系統(tǒng)不但可以繪制模具的斷面或幾何造型，還可以計(jì)算截面邊長、中心位置等其計(jì)算準(zhǔn)確度也較高。使用CAD程序可以精確設(shè)計(jì)幾何尺寸.從而降低了時(shí)間成本，而且對制作者技能的要求也較低。相比于傳統(tǒng)手工繪制方式該繪圖方法可以減少一零點(diǎn)五以上的繪制時(shí)間，并且節(jié)約了圖紙的修改時(shí)間和材料通過使用此程序能夠?qū)ΜF(xiàn)有圖紙進(jìn)行更改并且一旦根據(jù)客戶要求重新繪制了新的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)師也能夠選擇對相似圖紙進(jìn)行更改從而減少了設(shè)計(jì)難度和時(shí)間。此外本系列程序還可以有效檢測出繪圖中的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和部件裝配準(zhǔn)確性。一方面通過使用本軟件能夠確定繪圖尺寸保證了繪圖清晰度并且方便讀取，從而可以在較大程度上減少了差錯(cuò)發(fā)生：另一方面，通過使用本技術(shù)軟件能夠有效減少了尺寸公差問題。軟件會為用戶展示外觀截面圖，讓用戶更加直觀地了解模型形狀和各項(xiàng)參數(shù)， 且此類軟軟件可以存儲大量圖紙，可隨時(shí)刪除。 型材斷面繪制完成后，可以利用 CAD/CAM 系統(tǒng)加工 型材，形成機(jī)床工具路線，并進(jìn)行數(shù)控模具制造。在這個(gè) 過程中，利用電火花線切割機(jī)對線路進(jìn)行加工，并利用計(jì) 算機(jī)數(shù)據(jù)庫增加幾何圖形準(zhǔn)確性。

3 CAD/CAM在模具設(shè)計(jì)和制作中的應(yīng)用

3.1 CAD在模具設(shè)計(jì)制作中的應(yīng)用流程

Pro/E是比較常用的模型設(shè)計(jì)、制作軟件，本文主要以該軟件為例，對塑料模型設(shè)計(jì)制作流程進(jìn)行相關(guān)闡述。具體流程如下：1、創(chuàng)建模具模型，將設(shè)計(jì)好的零件相關(guān)尺寸和細(xì)節(jié)方面內(nèi)容輸入到系統(tǒng)中，然后再進(jìn)行裝料; 2、在模具的條件下來計(jì)算收縮率進(jìn)，并可以設(shè)計(jì)出合理的收縮率;3、設(shè)計(jì)模具的分型面，這一過程是有很大難度，直接影響到制件的質(zhì)量;4、將分胚料還分，利用分型面使其變?yōu)槎鄠€(gè)型芯，也可以將其創(chuàng)建為砂芯體積或斜頂體積;5、利用模具、木星組件對型芯體積進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其變?yōu)榘纪鼓?、砂芯或滑塊等應(yīng)用組件;6、利用模具、特征對澆道系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 主要包括四個(gè)部分，分別是Sprue、Runner、Gate和流道滯料部;7、利用模型或鑄模對模型進(jìn)行鑄造，設(shè)計(jì)并澆筑出各個(gè)模型部件;8、利用Analysis 功能以及下拉式菜單對模具零件進(jìn)行檢測和分析，確保零件質(zhì)量;9、利用模具打開功能，對開模動作進(jìn)行模擬演示，在這個(gè)過程中可以對模具進(jìn)行干涉檢測，了解模具制作情況;10、模具底座裝配與設(shè)計(jì)，確保底座與產(chǎn)品相互匹配，可以利用軟件系統(tǒng)插件進(jìn)行模板、底座零件生產(chǎn)，也可以在模具制作前就設(shè)計(jì)好模座零件數(shù)據(jù)，并建立專門數(shù)據(jù)庫，便于后續(xù)使用。在模具設(shè)計(jì)過程中，模芯零件、開模與脫模三項(xiàng)內(nèi)容設(shè)計(jì)尤為重要，大部分模具零件都可以直接到廠家采購，部件采購可以節(jié)約設(shè)計(jì)和制造時(shí)間[2]。

3.2 CAM在模具制造中的應(yīng)用流程

通常模具設(shè)計(jì)結(jié)束后，要根據(jù)圖紙采購模架、模具鋼材，材料準(zhǔn)備結(jié)束后才能開始模具近一步加工。根據(jù)工藝區(qū)別，可以分為兩種加工類型，一種是粗加工，另一種是精加工。首先，由銑床進(jìn)行粗加工，可以利用數(shù)控機(jī)床加工，加工后再開精框，其他部件加工方式也基本相似，都是先進(jìn)行粗加工;生產(chǎn)出粗胚后，利用數(shù)控機(jī)床、火花機(jī)等機(jī)械來對零件進(jìn)行進(jìn)一步精加工;各項(xiàng)加工結(jié)束后，可以將部件裝入模胚中，最終生產(chǎn)出完整模具。

在模具加工過程中，如果模具結(jié)構(gòu)形狀比較簡單，如圓柱面形狀，可以利用銑床、車床等技術(shù)進(jìn)行加工;如果結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜，則可以采用CAM技術(shù)進(jìn)行加工，其是模具加工的核心技術(shù)，可以利用電腦進(jìn)行機(jī)床和加工中心的控制與加工操作，也就是CAM技術(shù)應(yīng)用，核心應(yīng)用軟件有UG、Mastercam等。以使用Masitercam 軟件為例，首先在主菜單中打開已經(jīng)設(shè)計(jì)好的模芯零件;然后執(zhí)行菜單中命令，在對話框中對零件尺寸、原點(diǎn)以及材料等進(jìn)行輸入和設(shè)置，設(shè)置完成后，根據(jù)零件特征選擇相應(yīng)加工方法，并在命令下達(dá)后設(shè)置刀具和加工參數(shù)，其中包括切削深度等;最后，按照相應(yīng)操作要求，進(jìn)入模擬界面進(jìn)行模擬加工，在對話框中單擊保存，可以將其村委 NCI 或 NC 形式文件，并對文件進(jìn)行加工[3]。

4 結(jié)束語

在模具制造業(yè)中是必須要提升模具設(shè)計(jì)與制造效率和質(zhì)量，在這樣的條件下就必須使用CAD/CAM技術(shù)，不然就會讓企業(yè)失去競爭力，不利于自身的發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)可以改變傳統(tǒng)技術(shù)中存在的問題，極大程度上來提高了尺寸精準(zhǔn)度和技術(shù)要求，減少加工過程中的不必要的時(shí)間、人工、資金等成本，以此提升模具制造的效率，對我國模具設(shè)計(jì)制造業(yè)有很大推進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅海宏.CAD/CAM在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019（07）：77-78.

[2]姚長春.CAD/CAM在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2014（07）：50-51.

[3]喬禮洪.CAD/CAM在鑄造模具設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用[J].鑄造，2000（08）：495-497.