浅析模具CAD/CAM技术在国内机械制造行业中的发展及应用

赖啸 伍倪燕 刘勇

摘 要：本研究简单介绍了模具CAD/CAM技术的概念及其在国内外制造行业中的应用情况，然后介绍了模具数控加工技術在制造领域发展中的地位和与CAD/CAM技术的联系，最后为模具先进制造技术的发展指明了方向。

关键词：CAD/CAM；模具制造行业；模具数控加工技术

1 CAD/CAM技术概述

CAD/CAM技术是近20年以来在我国制造业快速发展的计算机应用技术，全称是计算机辅助设计和计算机辅助制造。CAD/CAM技术的推广和应用，推动了机械工业产业的技术更新，在很大程度改变了人们设计、制造产品的观念。

而CAD/CAM技术在机械制造行业的广泛应用，大大提高了产品的加工效率和产品的精度，降低了产品的加工生产成本，缩短了大批量产品的生产周期，并降低了操作者的工作强度。

在现代制造行业尤其是模具行业中，模具CAD/CAM技术的高效率、高精度、高智能化、柔性制造等特点使得越来越多的模具企业对CAD/CAM技术的研发与应用开始重视。

2 CAD/CAM技术在国内外的发展

早在20世纪60年代，英国DQC公司就采用CAD/CAM系统对汽车覆盖件的制造的进行技术革新。在1978年，德国EPMC公司运用CAD/CAM技术设计出新型级进模，可以选择模具的结构、类型和工艺参数，极大程度地改变了凸模、凹模等工作零件的设计方式并缩短了设计周期，提高了零件精度。

我国是从1975年以后开始引入计算机辅助设计技术，从而开始研究模具CAD/CAM技术，由于历史原因，我国语欧美工业发达国家相比还有很大差距。目前我国独立研发的CAD/CAM系统运用广泛的代表产品有：北京机械制造研究所研发的冷冲模CAD/CAM系统、重庆大学机电研究所研发的注塑模CAD/CAM系统。

目前CAD/CAM技术在我国机械制造行业的运用和开发中还存在着较多问题，具体表现在以下几点：

1）CAD/CAM技术的多功能应用程度较低，许多中小企业长期停留在三维建模和数控编程方面。

2）CAD/CAM系统国产元件太少，国有化水平不高，技术更新较慢。

3）CAD/CAM系统二次开发和逆向工程技术在设计产品中体现较弱。

3 模具数控加工技术在制造业的发展趋势

在模具零件的数控加工过程中，把零件的形状、尺寸、加工顺序、工艺形式的信息输入数控机床中，经过数控装置对信息的处理和运输中，再传送到伺服系统，最后由伺服系统驱动机床本体，闭环控制的机床还带有检测反馈装置，最终实现零件的自动加工。

相对于普通机床，数控机床加工拥有：生产效率高；同批次零件的精度高；能保证尺寸稳定；对机床操作员工的要求不高；加工过程容易控制；能减少装夹时间和换刀时间；更有利于实现产品的柔性制造和企业的现代化管理等很多优点。

随着工业产品的多样化、智能化的高速发展，以及企业生产成本、生产周期的控制，为了提高企业的核心竞争力，数控加工技术和数控设备已逐渐被模具制造行业广泛应用。

4 模具CAD/CAM与数控技术的紧密结合

随着信息技术的不断更新，数控技术由以往的硬件系统发展到了如今的CNC数控技术。

数控技术不断的研发与更新，结合模具CAD/CAM设计方式的新型系统被逐步开发出来，目前模具通用CAD/CAM技术在冷冲模、注塑穆的设计和制造中起着尤为重要的作用。

在模具设计与制造过程中，利用模具CAD/CAM技术可明显提高模具产品的生产效率，提高模具零件的制造精度，还可以降低人工成本和提高材料的利用率。在具体加工方面，数控车削、铣削、电火花成型、电火花线切割等数控技术是在模具制造中最常用的加工手段。

数控车（车削中心）可加工圆柱体的凸模零件，数控铣削和加工中心可加工凹模、垫板等平面类零件，而电火花和线切割用于加工细缝、尖角、高精度要求的模具零件。

我国”十二五“规划中对机械制造行业尤其是模具制造行业的发展提出了明确目标：模具的加工精度达到士2um（微米）；模具的制造周期缩短三分之一；数控机床的使用率提高百分之五十；成型、精密、复杂模具设计和制造的比例提高三分之一。

为了实现“十二五”规划提出的目标，对模具数控加工技术提出了更高的要求。我国大连机床厂、南京数控公司、重庆机床厂等企业先后研发了先进的数控系统和高精密机床，比如广州机电研究所精密制造有限公司研制的M01-3VC高精度五轴联动加工中心转速可以达到30000r/min，换刀时间控制在1秒到1.5秒，刀库中刀具数量最多可以容纳50把刀，并且各轴的定位精度最高可以达到5um（微米）。数控车削中心、数控铣床、车铣复合中心、多轴联动机床正向高速、高精度、高智能化、柔性化等方向发展。我国跟欧美工业发达国家相比，这些设备还有一定的差距，要认清当前的现状。

5 模具CAD/CAM/CAE未来的发展

在模具设计与数控加工过程中，特别是针对大型复杂冲压模具和小型高精密要求的注塑模具设计与制造过程中，如何在提高模具质量的基础上，缩短设计时间，提高生产效率并降低成本，如何在材料、机床、工艺策略不变的情况下，运用模具CAD/CAM/CAE技术来提高加工精度和加工效率是未来模具行业的发展方向。

运用模具CAD对高精度、复杂模具进行设计；用UG软件的编程模块对数控加工进行模拟仿真，根据仿真结果选取出最优加工轨迹，进行实际加工。在模具制造过程中，对采用CAD/CAM技术进行模具设计和数控加工过程的优化，能显著地提高模具加工质量和产品的加工效率。

三维真实感流动模拟技术是机遇模具CAE系统的新型计算机辅助分析技术。三维真实感流动模拟技术具有很多优点，但是也存在一些问题。由于采用一维有限差分和二维有限元的稱合，不能兼顾到液态塑料在厚度方向上流动的速度，因此不能分析成型过程中的微观表现。然而直接利用塑料件三维实体的基本信息来生成立体的三维流动模拟技术，用生成的三维立体网络直接进行有限元分析，并且分析的结果能直接在三维实体上显示出来。这种技术可以解决上述两种技术所遇到的问题。

参考文献：

[1] 荣星，钟启茂.模具制造中的高速数控加工技术[J].机械工程师，2010（7）.