模具CAD/CAM技术综述

周建平

椒江职业中专，浙江 台州 318000

模具CAD/CAM技术综述

周建平

椒江职业中专，浙江 台州 318000

本文主要介绍了模具CAD/CAM技术的应用、优越性、特点，简述了国内外模具CAD/CAM技术应用和发展状况。回顾了我国模具设计和制造的迅速发展，靠传统经验和手工技能已经落后不能满足目前模具行业竞争。分析表明了模具CAD/CAM技术应用具有提高生产率、改善质量、降低成本、减轻劳动强度方面的优越性和发展趋势。

模具；CAD/CAM技术

模具CAD/CAM技术在最短的时间内开发出高质量、低成本、高附加值的产品，以最快的速度响应和投放市场。依赖经验和手工技能的传统模具设计和加工方式远不能满足这种要求。由于模具生产的特殊性，新技术，新工艺，新设备，新材料往往首先运用在模具工业，近年来，模具先进制造技术在国内外均已获得迅速发展，涌现了不少新成果。并逐步向设计制造技术的系统化、集成化过程转变，已成为现代先进制造技术的重要组成部分。其中应用最广，技术最成熟的是模具CAD/CAM技术，同时，它也是其它模具先进制造技术的基础。

1 CAD/CAM技术在模具行业中的应用

目前，模具CAD/CAM技术越来越向集成化、网络化、智能化发展。这就需要采用现代产品设计技术，将模具产品设计过程中的信息流有机集成，并模拟出模具产品未来的性能，以及模具制造全过程对模具产品设计的影响，从而做出正确的决策与设计方案，减少设计中的主观误差，缩短模具生产周期，并对制造过程中出现的误差进行分析，减少制造成本，提高制造精度。并能利用计算机容量大、运算速度快的特点，借助数据库存储的大量数据优化设计方案，保证方案的可行性。同时，CAD系统产生的数据可直接经CAM软件处理成数控机床可以识别的代码，进而控制加工设备加工出模具，使模具生产实现高精度、高效率和高度自动化。

随着工业技术的发展，产品对模具的要求愈来愈高，因此发达国家从20世纪50年代末就开始了CAD/CAM技术的研究，如通用公司将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技术日趋完善，70年代已经研制出许多模具CAD/CAM的专门系统，可应用于各种类型的模具设计与制造，并取得显著的应用效果。80年代，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和制造。

我国模具CAD/CAM技术的开发始于20世纪70年代末，发展也很迅速。到目前为止，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、注塑模等CAD/CAM系统。我们与国外相比还有很大差距，主要表现在以下几个方面：CAD/CAM没有商品化；CAM发展跟不上CAD发展；引进过多过宽；国内CAD/CAM技术研究开发未能很好地有组织、有计划、有重点地进行，造成低水平的重复劳动，影响了软件开发的进度和水平的提高。

2 模具CAD/CAM技术的优越性

模具CAD/CAM技术无论在提高生产率、改善质量方面、降低成本、减轻劳动强度等有较大的优越性。

（1）CAD/CAM可以提高模具设计和制造水平，从而提高模具质量。在计算机系统内存储了各有关专业的综合性的技术知识，为模具的设计和制造工艺制定提供了科学依据。计算机与设计人员交互作用，有利于发挥人机各自的特长，使模具设计和制造工艺更加合理化。系统采用的优化设计方法有助于某些工艺参数和模具结构的优化。采用CAM技术极大地提高了加工能力，可加工传统方法难以加工或根本无法加工的复杂模具型腔，满足了生产需求。

（2）CAD/CAM可以节省时间，提高效率。CAD与CAM一体化可显著缩短从设计到制造的周期。例如日本利用级进模MEL系统和冲孔弯曲模PENTAX系统，采用先进的人机交互设计技术，使设计时间缩短为原来的1/10。

（3）CAD/CAM技术可以大幅度降低成本。计算机的高速运算和自动化绘图大大节省了劳动力。优化设计节省了原材料，例如冲压件毛坯优化排样可使材料利用率提高5%～7%。采用CAM可减少模具的加工和调试工时，使制造成本降低。

3 模具CAD/CAM技术的特点

（1）模具CAD/CAM系统必须具备描述物体几何形状的能力

无论设计什么类型的模具，开始阶段必须提供产品零件的几何形状。这就要求模具CAD系统具备描述几何形状的能力，即几何造型功能。否则，就无法输入关于产品零件的几何信息，设计程序便无法运行。另外，为了编制NC加工程序、计算刀具轨迹，也需要建立模具零件的几何造型。因此，几何造型是模具CAD/CAM中的一个重要问题。

（2）标准化是实现模具CAD/CAM的必要条件

为了便于实现模具CAD，减少数据的存储量，在建立模具CAD系统时首先要解决的问题便是标准化问题，包括数据准则的标准化、模具零件的模具结构的标准化。有了标准化的模具结构，在设计模具时可以选用典型的模具组合，选用标准模具零件，需要设计的只是少数工作零件。标准化设计的问题较多，有技术问题，也有管理问题。目前我国已经颁布“标准化法”，对已公布的模具标准，模具CAD中应予以贯彻使用。

（3）设计准则的处理是CAD中的一个重要问题

人工设计模具所依据的设计准则大部分是以数表和线图形式给出的。在编制设计程序时，必须对这些数表和线图进行恰当的处理，将其变成计算机能够处理的表达形式。程序化和公式化是处理数表和线图形式设计准则的基本方法。对于某些定性的设计准则，计算机程序无法采用，需要深入研究，总结出便于使用的定量的设计准则。有些经验准则难以程序化和公式化，这就需要通过人机交互方式发挥经验的作用。

（4）模具CAD/CAM系统应具有充分的柔性

模具的结构随产品的不同而变化，模具型面的几何形状复杂。现阶段，模具的设计方式基本上属于经验设计，设计质量在很大程度上取决于设计者的技巧。模具的生产方式为单位的或小批量的，大量生产模具的情况极为少见。所有这些，要求模具CAD/CAM系统具有充分的柔性，即可以根据不同产品的特点和生产条件，灵活地做出抉择，方便地修改设计。因此，在开发模具CAD/CAM系统时，不仅要考虑全面的功能，较高的效率，还应提供充分的柔性。这是实用化的模具CAD/CAM系统所应具备的基本条件之一。

4 CAD/CAM技术发展趋势

（1） 基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构

随着计算机硬件与软件的进步以及工业部门的实际需求，国外许多著名计算机软件开发商已能按实际生产过程中的功能划分产品系列，在网络系统下实现了CAD/CAM/CAE的一体化。解决了传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题。CAD/CAM/CAE一体化系统一般覆盖了集合建模、逆向工程、工业设计、工程制图、仿真分析、快速原型、数控编程、测量分析等领域。系统的每一个功能均可独立运行，又可通过数据接口与其他系统相兼容，并能按要求进行组合。做到了开放性、兼容性与专业化的统一。

（2） 智能化程度逐步提高

现阶段，模具设计和制造在很大程度上仍然依靠模具设计和制造工程师的经验。仅凭软件有限的数值分析功能无法为用户提供完善和正确的设计结果，软件的智能化功能必不可少。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具设计与制造软件先进性和实用性的重要标志。

（3） 设计和工艺的最优化

产品设计和工艺的最优化始终是人们追求的目标。目前，大多数模具CAD/CAM系统中使用的设计方法和手工设计时的方法基本相同。系统采用交互式运行，当遇到一些复杂问题时，由设计人员加以选择和判断。因此，模具的可靠性仍然存在问题，难以保证一次成功。用计算机模拟技术检验设计结果，排除不可行的方案，有助于获得较佳的设计，提高模具的可靠性。

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[2]王刚，单岩.Moldflow模具分析应用实例[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]单岩，王蓓，王刚等.Moldflow模具分析技术基础[M].北京：清华大学出版社，2005.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.081