CADCAM软件特点及其应用情况

CAD/CAM软件特点及其应用情况阅读【1125】次数【摘要】阐述了目前国内流行的CAD/CAM软件特点及其应用情况,分析了国内对已有CAD/CAM软件二次开发的情况,指出当前模具CAD/CAM技术存在的不足。针对当前CAD/CAM软件不能适应工程技术的发展的需求,CAD/CAM的二次开发对于模具技术的发展有着重要的意义,最后提出了模具CAD/CAM平台的发展趋势及其二次开发的研究方向。

在现代机械制造业中,模具工业已成为国民经济中的基础工业,许多新产品的开发和生产,在很大程度上依赖于模具制造技术,特别是在汽车、轻工、电子和航天等行业中尤显重要。模具制造能力的强弱和模具制造水平的高低,已经成为衡量一个国家机械制造技术水平的重要标志之一,直接影响着国民经济中许多部门的发展。模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上发展起来的,它是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃。CAD/CAM技术的迅猛发展,软件、硬件水平的进一步完善,为模具工业提供了强有力的技术支持,为企业的产品设计、制造和生产水平的发展带来了质的飞跃,已经成为现代企业信息化、集成化、网络化的最优选择。1目前国内流行的CAD/CAM软件特点及其应用情况

1.1国外软件

1.1.1Unigraphics(UG)UG起源于美国麦道(MD)公司的产品,1991年11月并入美国通用汽车公司EDS分部。UG由其独立子公司UnigraphicsSolutions开发,是一个集CAD/CAM/CAE于一体的机械工程辅助系统,适用于航空、航天、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。UG是将优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起,还提供了二次开发工具GRIP、UFUNG、ITK,允许用户扩展UG的功能。

1.1.2AutoCADAutoCAD是美国Autodesk公司开发的一个具有交互式和强大二维功能的绘图软件,如二维绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能,同时有部分三维功能。AutoCAD软件是目前世界上应用最广的CAD软件,占整个CAD/CAE/CAM软件市场的37%左右,在中国二维绘图CAD软件市场占有绝对优势。

1.1.3MDT(MechanicalDesktop)MDT是Autodesk公司在基于参数化特征实体造型和曲面造型的CAD/CAM软件,它以三维设计为基础,集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体,为用户提供了从设计到制造一体化的解决方案。据称目前已经装机2万余套,国内已销售近千套。

1.1.4SolidWorksSolidWorks是由美国SolidWorks公司于1995年11月研制开发的基于Windows平台的全参数化特征造型的软件,SolidWorks是世界各地用户广泛使用,富有技术创新的软件系统,已经成为三维机械设计软件的标准。它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好,用户易学易用。SolidWorks软件于1996年8月由生信国际有限公司正式引入中国以来,在机械行业获得普遍应用,目前用户已经扩大到三十多万个单位。

1.1.5Pro/EngineerPro/Engineer是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation简称PTC)的产品,于1988年问世。Pro/E具有先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型和便于移植设计思想的特点,该软件用户界面友好,符合工程技术人员的机械设计思想。Pro/Engineer整个系统建立在统一的完备的数据库以及完整而多样的模型上,由于它有二十多个模块供用户选择,故能将整个设计和生产过程集成在一起。在最近几年Pro/E已成为三维机械设计领域里最富有魅力的软件,在中国模具工厂得到了非常广泛的应用。在微机平台上开发CAD/CAM软件方面我国与国外起点差不多,都是使用VisualC++或OpenGL等工具进行软件开发,国内许多高校、软件公司和企业在此基础上开发出了先进的、有自己特色的、符合中国用户习惯的CAD/CAM软件或模块,其中有一些成果已经得到了推广和使用[7]。如华中科技大学1997年推出了HSC2.0注射模CAD/CAE/CAM集成系统,该系统以AutoCAD软件包为图形支撑平台,包括模具结构设计子系统,结构及工艺参数计算校核子系统,塑料流动、冷却等子系统。合肥工业大学基于AutoCAD与MDT的三维参数化注射模系统IPMCADV4.0。另外,众多的科研单位和企业也针对具体应用开发了众多的插件和模块,如武汉汽车工业大学开发了基于SolidWorks的三维标准件库3DPARTLIB等。

3模具CAD/CAM软件开发应遵循的原则

1)用户界面友好软件开发的目的是为了应用,所以用户是否可以较为容易地掌握成为评价软件的基本标准。一个友好的用户界面应包括:使用方便,界面熟悉,有灵活的提示帮助信息,良好的交互方式,良好的出错处理。

2)遵循软件工程方法软件工程是指导计算机软件开发和维护的工程科学。即采用工程的概念原理、技术和方法来开发和维护软件。软件工程采用生命周期法从时间上对软件的开发和维护进行分解,把软件生存周期依次划分为几个阶段,分阶段进行开发。

3)参数化CAD对于系列化、通用化和标准化程度高的产品,产品设计所采用的数学模型及产品结构都是固定的。不同的仅是结构尺寸的差异,这是由于相同数目及类型的已知条件在不同规格的产品设计中取不同值而造成的。对于这类产品,可以将已知条件及其他的随着产品规格而变化的基本参数用相应的变量代替,然后根据这些已知条件和基本参数,由计算机自动查询图形数据库,或由相应的软件计算出绘图所需的全部数据,由专门的绘图生成软件在屏幕上自动地设计出图形来,这种方法称为参数化CAD。

4)成组CAD许多企业的产品结构尽管不一样,但比较相似,可以根据产品结构和工艺性的相似性,利用成组技术将零件划分成有限数目的零件库,根据同一零件族中各零件的结构特点编制相应的CAD通用软件,用于该族所有零件的设计,这就是“成组CAD”。

5)智能化CAD工程设计中有一部分工作是非计算性的,需要推理和判断,其中包括设计过程内容的过程决策和具体设计的技术决策。因此,设计效率和质量在较大程度上取决于设计师的实践经验、创造性思维和工作的责任心。采用专家系统可以指导设计师下一步该做什么,当前存在问题,建议问题的解决途径和推荐解决方案,或者模拟人的智慧,根据出现的问题提出合理的解决方案。采用专家系统可以提高设计质量和效率。智能化CAD就是将专家系统与CAD技术融为一体而建立起来的系统。

4模具CAD/CAM技术发展趋势

21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化,追求的目标是提高产品质量及生产效率,缩短设计周期及制造周期,降低生产成本,最大限度地提高模具制造业的应变能力,满足用户需求。具体表现出以下几个特征。

1)标准化CAD/CAM系统可建立标准零件数据库,非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在CAD设计中可以随时调用,并采用GT(成组技术)生产。非标准零件库中存放的零件,虽然与设计所需结构不尽相同,但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改,从而加快设计过程,典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的,按用户要求对相似模具结构进行修改,即可生成所需要的结构。

2)集成化技术现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成,更应该强调技术、人和管理的集成。在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成,这更适合未来制造系统的需求。

3)智能化技术应用人工智能技术实现产品生命周期(包括产品设计、制造、使用)各个环节的智能化,实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等)各个环节的智能化,以及模具设备的智能化,也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。

4)网络技术的应用网络技术包括硬件与软件的集成实现,各种通讯协议及制造自动化协议,信息通讯接口,系统操作控制策略等,是实现各种制造系统自动化的基础。目前早已出现了通过Internet实现跨国界模具设计的成功例子。

5)多学科多功能综合产品设计技术未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识,而且还用到电磁学、光学、控制理论等知识。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计,以追求模具产品动静态特性、效率、精度、使用寿命、可*性、制造成本与制造周期的最佳组合。

6)逆向工程技术的应用在许多情况下,一些产品并非来自设计概念,而是起源于另外一些产品或实物,要在只有产品原型或实物模型,而没有产品图样的条件下进行模具的设计和制造以便制造出产品。此时需要通过实物的测量,然后利用测量数据进行实物的CAD几何模型的重新构造,这种过程就是逆向工程RE(ReverseEngineering)。逆向工程能够缩短从设计到制造的周期,是帮助设计者实现并行工程等现代设计概念的一种强有力的工具,目前在工程上正得到越来越广泛的应用。

7)快速成形技术快速成形制造技RPM(RapidPrototyping&Manufacturing)是基于层制造原理,迅速制造出产品原型,而与零件的几何复杂程度丝毫无关,尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型供设计评估、装配校验、功能试验,而且还可以通过形状复制快速经济地制造出产品模具(如制造电极用于EDM加工、作为模芯消失铸造出模具等),从而避免了传统模具制造的费时、高成本的NC加工,因而RPM技术在模具制造中日益发挥着重要的作用。

5CAD/CAM技术存在的主要不足我国模具CAD/CAM技术的应用依然存在着许多不足,如:

1)不少的企业对CAD的认识还仅仅停留在绘图阶段,从而使CAD产生的效益尚未得到充分发挥。

2)CAD/CAM软件应用人员参差不齐,不能让CAD软件得到的高效率应用。

3)在引进模具CAD/CAM技术时存在着盲目性倾向。

4)引进的模具CAD/CAM系统的二次开发跟不上,致使引进软件的效率不能完全发挥。

5)国内模具CAD/CAM技术水平还处于高技术集成和向产业化、商品化过渡的时期,自主开发的模具CAD/CAM系统商品化程度不够高,功能和稳定方面与国外先进软件还有很大差距。

6结语

经过这几十年的发展,我国模具CAD/CAM有了长足的发展,模具CAD/CAM技术已经被广泛应用于我国企业。我国研制模具CAD/CAM软件的开发水平也逐渐接近国外先进水平。在政府的大力支持下先后出现了一批先进的模具CAD/CAM示范企业,高校和企业也培养了一大批模具CAD/CAM软件开发及应用人才。但总的来说,我国目前模具CAD/CAM软件不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都与发达国家有不小的差距。模具CAD/CAM技术水平还处于向高技术集成和向产业化商品化过渡的时期,研制的软件在可靠和稳定性方面与国外工业发达