CAM技术在现代塑料模具设计制造中的应用

孙高钢，冯清梅

(台州第一技师学院，浙江 温岭 317500)

我国塑料工业在数十年的发展过程中逐渐积累了经验。目前，我国塑料工业生产已经达到了比较成熟的程度。模具是现代工业生产中的重要生产工具，模具的应用大大提升了工业生产制造的工作效率，模具的使用可以保证工件制造质量的统一性。而工程塑料对耐久性、耐腐蚀性、耐高温等方面都有着较高的标准要求。塑料模具对模具尺寸、形位有着较高的精准度标准规范，单凭手工加工已经难以满足塑料模具的生产要求，生产效率也较为低下，难以满足我国工业发展的需求。CAM技术是一种基于计算机技术研发的数控机床技术，其通过软件系统实现对硬件结构的设计，再由数控机床完成制造与拼装。CAM技术可以为塑料模具生产提供计算机辅助制造，通过计算机设计软件实现对塑料模具结构的设计，再通过工程软件实现对力学结构、模具强度、精度等性能方面的测试，显著提升了塑料模具的制造质量。将CAM技术应用于现代塑料模具的设计与制造中，可以更好地保证模具的设计制造水平，达到进一步提升工业生产水平的目的。

1 CAM技术概述

CAM技术是20世纪50年代由美国麻省理工学院率先提出的技术理念，在之后的发展中逐渐成熟，目前已经成为一种可以代替工业手工生产的计算机数控生产技术。CAM技术建立在计算机分级结构体系之上，其计算机系统可分为多个层级，具体组成包括数控机床、传送部分、装载部分以及质量检测等，根据硬件与软件加以详细区分。

从狭义上来说，CAM技术可以实现从模具设计到制造完成整个过程的生产工作，其不仅包含了对生产计划的制定、生产进程的设计、工序工时的设计，也涉及了对加工、组装、质检、保存以及输送等方面的检测与管理，该技术的概念可以等同于数控技术。

2 CAM技术在塑料模具设计制造中的应用策略

2.1 在并行工程基础上的应用

并行工程是一种在集成化、并行思想下的生产管理模式，在该思想下实现产品的生产制造，这是与串行生产管理模式完全不同的新型生产管理模式。通过对系统集成，将产品的设计与制造过程完全囊括，涵盖产品的整个生产过程，这对每个环节的工作水平都有着较好的提升效果，也能更好确保各个环节的工作质量。

在并行工程基础上引入CAM技术，可以更好地适应全球经济一体化的大环境，保证企业能够对生产资源进行更好的管理与利用，提升资源的利用效率。在生产初期阶段，利用CAD技术实现对产品结构的设计，再利用CAE技术对设计完成后的产品进行模拟检验，测试其具体性能，最终完成塑料模具产品的制造工作。CAM技术的应用改变了以往的制造模式，将工作重心从整个工艺的最后一步转移出来，转变到整个生产过程之中。CAD技术的应用首先应建立一个完整的CAX体系，该体系可以按照生产环节进行工作任务的分配，为设计阶段设置CAD小组，为产品性能预估阶段设置CAE小组，为产品制造阶段设置CAM小组，通过各小组的配合，完成对产品的设计制造工作。各小组之间加强沟通交流，能够加快产品开发效率，及时找到产品设计中的缺陷，提升设计制造效率，缩短研发周期，减少生产成本，进一步提高企业的竞争力。

塑料模具在精度上有着较高的要求，因此，将整个生产流程按照设计、制造与检验加以区分，再通过加强三者之间的联系来实现生产效率的提升，这样就能达到缩短生产时间、提高资源利用效率的目的，各小组涉及的工作内容可参考表1。

表1 CAX体系Tab.1 CAX system

2.2 基于逆行工程的CAM技术

逆行工程是指在现有产品基础上，实现对产品生产流程、产品组织结构等设计要素的逆向推导，进而实现对现有产品的改进式设计。整个仿形加工步骤为对产品实体的仿形建模，实现仿形加工，最后进行后续的修改。而原本仿形加工是由人工操作来达成的，在原本加工模式下加入CAM技术，可以对仿形加工的生产模式加以优化，通过CAM技术提升设计制造效率。

在逆行工程下应用CAM技术的方法如下：第一，利用坐标测量设备以及3D激光扫描仪实现对产品原型的数据记录。第二步，利用测量得出的数据完成对产品的模拟建模，将每个组件进行单独的处理分析。第三，完成产品组件的处理分析后，利用CAD软件导出模型数据，进而实现对产品的模拟建模，确保模型与实物的模拟。第四，将CAD模型进行后续的数据修正，修正完成后，按照CAD模型完成实物的制造，对制造出的成品与原本产品进行实物对比，根据对比差异进行后续的修正，通过多次的对照修改，确保仿形产品与原产品的高度拟合。第五，经过多次的对照修改，最终确定模具，投入生产。

2.3 知识工程下的CAM技术应用

近年来，工业生产逐渐加入了人工智能技术的应用，人工智能技术可以显著提升生产效率，同时计算机内存储的数据信息也能对设计提供更加专业的分析与判断。在知识工程基础上应用CAM技术，不仅可以通过人工智能技术为模具设计提供更高的数据支持，还能提供更多的实践经验。应用CAM技术时，应先建立塑料模具专业知识的数据存储服务器，通过数据库提供信息资源，再利用人工智能技术模拟行业专家，对塑料模具的设计进行智能分析，判断设计成果是否完美，最终提出相应的决策性建议。

3 CAM技术的发展趋势

3.1 设计与制造环节的进一步集成

在未来的塑料模具生产中，设计软件与检验软件之间的匹配性会越来越高。为了实现设计、制造环节之间紧密配合，CAM技术将作为重要的联系手段。要想更好地应用CAM技术，必须做好CAD、CAE等技术的前期工作，这样才能提升设计水平，确保较高的设计质量，避免返工情况的发生，有效地控制生产成本。

3.2 与互联网技术的紧密结合

随着互联网技术的普及，在未来的塑料模具生产工作中，还要注意对互联网技术的引入。CAM技术是建立在充足的数据信息储备基础之上的，企业如果隔绝与外界的联系，不能实现技术信息的交流，就很难发挥CAM技术的全部性能。加强互联网技术的应用，才能通过网络实现信息的交流与资源的共享。

4 结语

在塑料模具设计制造中应用CAM技术，可以显著提升设计效率与设计水平，同时，也能提高各个生产环节的协调性，进而达到提升生产效率、降低生产成本、促进企业发展的目的。