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CAD/CAM在模具設計與加工中的關(guān)鍵技術(shù)
隨著(zhù)制造業(yè)信息化時(shí)代的到來(lái)，現代制造技術(shù)快速發(fā)展，各種CAD/CAM(Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing)軟件在工業(yè)設計領(lǐng)域得到了廣泛的應用，CAD/CAM技術(shù)應用于模具設計與加工成為模具發(fā)展的必然趨勢。今天小編就給大家講講關(guān)于CAD/CAM在模具設計與加工中的關(guān)鍵技術(shù)，大家一起來(lái)看看吧。
探討了CAD/CAM軟件在模具設計制造中應用過(guò)程以及一些軟件使用注意事項和技巧。以Pro/E和MasterCAM軟件在注塑模具中的應用為例就CAD/CAM軟件在模具設計與加工中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討。提高了零件的制造精度和模具設計質(zhì)量，縮短了模具設計周期。CAD/CAM一體化技術(shù)使模具設計制造更加便捷方便。
模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備。在飛機、汽車(chē)、發(fā)動(dòng)機、電機、電器、電子、儀表和通信等產(chǎn)品中，60%—80%的零部件都要依靠模具成形。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，因為模具在很大程度上決定著(zhù)產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力，并在很大程度上決定企業(yè)的生產(chǎn)空間。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，已經(jīng)是人們的普遍共識。
模具作為一種高效率的工藝裝備，具有節約原材料、制件成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。隨著(zhù)模具工業(yè)的發(fā)展，快速、高效、精密成為模具設計的基本要求。零件多品種、小批量已成為當前的生產(chǎn)趨勢，傳統的主要依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗和操作技能來(lái)進(jìn)行模具設計與制造，已不能為滿(mǎn)足現代模具設計與制造要求，傳統的模具設計制造方法模具設計技術(shù)水平低，加工質(zhì)量差，生產(chǎn)周期長(cháng)，新產(chǎn)品的更新?lián)Q代慢及成型工藝參數不穩定等制約著(zhù)模具工業(yè)的發(fā)展，所以傳統的方法已不能適應當前發(fā)展的需要。
目前隨著(zhù)計算機技術(shù)的快速發(fā)展，計算機技術(shù)在模具設計制造中的應用越來(lái)越廣泛。CAD/CAM(Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing)技術(shù)引入模具設計與制造已是必然趨勢，CAD/CAM不僅能加快模具的設計與加工過(guò)程，而且能縮短設計周期，降低勞動(dòng)強度，提高制造造精度，本文就CAD/CAM軟件在模具設計制造中的一些技術(shù)作一些探討。
一、常見(jiàn)CAD/CAM軟件簡(jiǎn)介
隨著(zhù)計算機技術(shù)及現代制造技術(shù)的迅速發(fā)展，各種二維及三維CAD/CAM軟件應運而生，且各具特色。CAD軟件主要完成零件的建模及零部件圖的繪制，常見(jiàn)的CAD軟件有AutoCAD，UG，Pro/E等。CAM軟件用來(lái)生成標準的G代碼，用來(lái)實(shí)現零件的加工，常見(jiàn)CAM軟件有：北航海爾的CAXA制造工程師以及MasterCAM，Cimatron等。
Pro/E和MasterCAM是其中用的較多的CAD/CAM軟件。PRO/E是美國PTC公司推出的新一代CAD/CAE/CAM軟件，它功能非常強大，利用它可以進(jìn)行零件設計、產(chǎn)品裝配、數控加工、鈑金件設計、模具設計、機構分析、有限元分析和產(chǎn)品數據庫管理等，被廣泛應用于工業(yè)設計、機械等眾多行業(yè)。
Mastercam是由美國cnc software公司推出的基于PC平臺上的CAD/CAM軟件，具有很強的加工功能，它不僅能對刀位軌跡進(jìn)行編程及校驗，而且能夠對切削加工過(guò)程仿真，在生成加工代碼方面具有獨到的優(yōu)勢。由于Mastercam主要針對數控加工，零件的設計造型功能不強，因此將Pro/E強大的造型功能和Mastercam可靠的加工功能結合起來(lái)將會(huì )使零件的設計與加工更加快捷方便。以Pro/E和MasterCAM軟件為例就CAD/CAM軟件在注塑模具設計與加工中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討。
二、模具設計與加工的一般流程
以注塑模具為例運用Pro/E及Mastercam進(jìn)行模具設計與制造的流程如圖1所示：它主要包括兩大部分，計算機輔助設計(CAD)及計算機輔助制造CAM，CAD部分主要包括產(chǎn)品三維建模、模型檢測與分析及模具組件設計。CAM部分包括設定加工操作環(huán)境、刀具及工藝參數分析與設定及后處理文件配置與加工。在Pro/E中與注塑模具有關(guān)的的主要模塊有3個(gè)：模具設計模塊、模座設計模塊、塑料顧問(wèn)模塊。
模具設計模塊主要用于設計模具零部件及組件，它包括如下功能：設置注射零件的收縮率;對模具進(jìn)行方案設計;對模具型腔、型芯、滑塊以及相關(guān)模具零件進(jìn)行設計;在模具組件中添加標準元件;設計注射流道和水道;進(jìn)行模具分模檢查及開(kāi)模仿真，以便發(fā)現模具元件在開(kāi)模時(shí)是否與其他模具元件發(fā)生相互干涉。
以確認模具在分模過(guò)程中能否正常開(kāi)模。模具設計的基礎是模型的創(chuàng )建，因此，需要首先在Pro/E環(huán)境下在零件模塊中通過(guò)拉伸、切除、抽殼及拔模等造型功能創(chuàng )建零件模型，然后根據零件模型在模具設計模塊Pro/MOLDESIGN)中創(chuàng )建、修改、分析模具元件其組件。為了使設計模塊得到優(yōu)化，可以利用塑料顧問(wèn)模塊對模具和產(chǎn)品進(jìn)行數值分析模擬，以便分析設計缺陷并進(jìn)行工藝參數及模具結構的改進(jìn)。設計好的模具在CAM部分進(jìn)行數控代碼生成成及加工。
三、模具設計與加工中的關(guān)鍵技術(shù)
模具設計中建模方法的靈活運用
通過(guò)Pro/E可以用2種方法設計模架及其組件。第一種方法是基于Pro/E的模具設計EMX(注塑模具設計專(zhuān)家)進(jìn)行模具設計。EMX是Pro/E提供的一個(gè)基于知識庫的模架裝配插件，通過(guò)該模塊可以進(jìn)行模架組件的創(chuàng )建，它提供了多種品牌的標準框架組件，通過(guò)定義不同元件的尺寸就可以生成模架組件，方便了零件的裝配和修改，從而節省設計時(shí)間和費用。第二種方法通過(guò)參數化方法設計模具組件。當需要對模具庫進(jìn)行擴充或者設計非標準模具組件時(shí)，參數化建模方法提供了很大的方便。PRO/E的PRO/PROCRAM模塊提供了基于零件和組件模型的程序列表編程技術(shù)，以便用戶(hù)進(jìn)行零件和組件的參數化設計。
PRO/E提供的程序編輯功能，使產(chǎn)品設計的更加靈活，能在較短時(shí)間內建立不同版本的產(chǎn)品，方便了產(chǎn)品零件庫的建立。在零件模塊下，PRO/E提供的PROGRAM具有設置輸入提示句，方便用戶(hù)根據提示輸入特定的參數值;能夠生成不同版本的零件;通過(guò)關(guān)系式建立尺寸之間的關(guān)系;通過(guò)IF—ELSE語(yǔ)句運用，讓PRO/E能夠根據條件自動(dòng)判斷等功能。
利用該模塊編制參數化設計程序比較簡(jiǎn)單，在系統自動(dòng)創(chuàng )建的程序列表基礎上只需添加少量代碼，就可以實(shí)現三維模型的參數化設計功能。但是由于PRO/PROGRAM模塊提供的語(yǔ)句較少，要設計功能強大一些的程序時(shí)需要采用更高級的程序設計技術(shù)，如PRO/TOOLKIT等。另外，模型的構建流程對程序的編寫(xiě)有很大的影響，一個(gè)零件的創(chuàng )建可以有多種方法，如果構建流程不合理，可能會(huì )帶來(lái)零件的不能重生。所以在建模過(guò)程中盡量讓重要尺寸用單獨的特征來(lái)表示，不要一次建立很多個(gè)尺寸特征，這雖然建模的時(shí)候很快，但給后續工作帶來(lái)很多麻煩。
模具加工仿真中的關(guān)鍵技術(shù)
隨著(zhù)數控技術(shù)的發(fā)展，模具加工的精度也越來(lái)越高，CAD/CAM的無(wú)縫銜接使得模具從設計到制造周期縮短，自動(dòng)化程度得到很大提高。模具經(jīng)過(guò)設計及分析后，最終要生成數控程序并控制數控機床進(jìn)行加工。Pro/E本身自帶有一個(gè)NC模塊，在該模塊下可以進(jìn)行毛坯設置、工藝參數及切削參數設置，并進(jìn)行刀具路徑演示及仿真，最終生成數控代碼。
然而，Pro/E在實(shí)體參數化造型功能及模具設計方面有較強的優(yōu)勢，但在加工方面因其參數設置較為繁瑣，而MasterCAM在產(chǎn)品造型及模具設計方面不如Pro/E，但在數控加工方面比較可靠方便，因此，利用Pro/E進(jìn)行模具設計利用MasterCAM進(jìn)行加工仿真及加工是目前模具行業(yè)和數控加工領(lǐng)域中普遍的工作模式。Pro/E下設計的模具在MasterCAM下進(jìn)行操作流程如下。
數據格式轉換
MasterCAM可讀取提IGES，SAT，DXF，DWG等多種格式的文件，其中IGES是應用最廣泛的一種數據交換標準，因此，在Pro/E中完成模具設計后，需要打開(kāi)模具文件，選擇菜單欄中的【文件】/【保存副本】命令，將文件保存為IGES格式的文件。然后啟動(dòng)Mastercam9.0系統的【Mill 9】模塊，選擇檔案/檔案轉換/IGES/讀取命令，轉入IGES文件，并對坐標進(jìn)行處理，使得坐標一致。
加工工藝分析
工藝分析主要包括加工坯料、對刀點(diǎn)的確定、規劃外形加工刀具路徑，規劃曲面等高外形粗加工刀具路徑等內容。在如圖2所示的刀具庫對話(huà)框中選擇加工用刀具，在圖3所示刀具參數設定對話(huà)框中對刀具參數及外形銑削參數進(jìn)行設置。
加工模擬及數控代碼生成
工藝參數設置好后，就可以選擇“刀具路徑”主菜單下的“實(shí)體驗證”功能進(jìn)行模擬加工，如果加工模擬無(wú)誤，則可以生成NC代碼。但是一個(gè)完整的CAM系統包括了主處理程序(Main Processor)和后置理程序Post Processor)2部分。主處理程序的功能是接收用戶(hù)輸入的信息，并且對它進(jìn)行編譯、計算、處理，將刀具路徑數據在一般的坐標系中表現出來(lái)，將處理的結果放置在刀位數據CLDCutter Location Data)文件中，這種文件不能直接用作數控裝置的控制指令，因此必須有一個(gè)后置處理程序。后置處理程序是按照數控機床的功能及數控加工程序格式的要而編寫(xiě)的計算機程序。
它將CLD文件的內容和功能信息信息轉換成某種數控機床控制單元所能接收的數控加工程序代碼。由于不同的數控系統加工程序代碼的規定各不相同，因此針對不的數控系統系統需要提供不同的后置處理程。一般情況下CAM對于常用系統都配有相應的后處理程序，但對于有些國產(chǎn)系統沒(méi)有相應的后處理程序，就需要用戶(hù)修改或者設計后處理程序，從而生成滿(mǎn)足相應機床格式的NC代碼。最后將生成的數控代碼通過(guò)RS232接口輸入機床或者通過(guò)DNC直接加工。
結語(yǔ)
由于CAD/CAM技術(shù)的應用，提高了模具設計質(zhì)量，縮短了模具設計周期，提高了零件的制造精度。特別是隨著(zhù)零件復雜程度的增加，CAD/CAM技術(shù)一體化使模具設計制造更加便捷，具有廣泛的應用前景。
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