数控技术毕业设计（论文）-CADCAM技术在模具中的发展.doc

安徽工贸职业技术学院安徽工贸职业技术学院毕业论文（设计）论文题目： CAD/CAM技术在模具中的发展 姓 名： 专 业： 数 控 技 术 指导教师： 提交日期： 2013/05/10 学生姓名朱旭专业年级10数控（4）班毕业论文（毕业设计）题目：CAD/CAM技术在模具中的发展毕业论文（毕业设计）目的、要求：目的：对学生的知识面，掌握知识的深度，运用理论结合实际去处理问题的能力，实验能力，计算机运用水平，书面及口头表达能力进行考核！要求：一定要有结合实际的某项目的设计或对某具体课题进行有独立见解的论证，并要求技术含量较高！毕业论文（毕业设计）的主要内容： 此次设计是CAD/CAM软件在模具中的应用及发展，它包括了四个方面内容，即：第一、我国模具CAD/CAM的现状，第二、我国模具CAD/CAM的发展趋势，第三、CAD/CAM在模具加工中的应用，第四、CAD/CAM系统开发的关键技术。指导教师评语：指导教师（签名）：年月日目 录摘 要 4第一章、 我国模具CAD/CAM的现状51.1我国模具CAD/CAM的现状5 1.2 CAD/CAM技术与传统技工方法比较具有的先进性61.3我国CAD/CAM技术存在的主要问题7第二章、我国模具CAD/CAM的发展趋势9 2.1模具CAD/CAE/CAM正向集成、三维、智能和网络化发展9 2.2基于知识设计技术的提出102.3与先进制造技术的结合112.4模具标准件选择向智能化发展112.5我国模具CAD/CAM软件自主开发和二次开发情况12第三章、CAD/CAM在模具加工中的应用 13 3.1 CAD/CAM在模具加工中的应用13 3.2铸造模CAD/ CAM技术14 3.3锻模CAD /CAM技术143.4级进模CAD/ CAM技术153.5汽车覆盖件模CAD/ CAM技术153.6塑料注射模CAD/ CAM技术16第四章、CAD/CAM系统开发的关键技术 184.1面向对象设计技术 184.2模块组件设计思想 184.3参数化设计技术 194.4ODBC数据库访问技术 194.5“橡皮筋”技术194.6选择集技术20 4.7CAD系统功能的实现及应用20致 谢 24参考文献 25摘 要模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具是工业生产中的基础工艺设备，是一种高附加值的高精密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。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。模具CAD/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工种。它以计算机软件的形式，为用户提供一种有效的辅助工具，使技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具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。关键字：模具、发展、工业 第一章、我国模具CAD/CAM的现状1.1我国模具CAD/CAM的现状由于对模具要求的越来越高，传统的制模方法已经不能满足需要，这就促使了CAD/CAM技术在模具业中的应用。发达国家从20世纪50年代就开始模具CAD/CAM的研究。到20世纪80年代，模具CAD/CAM技术已经广泛应用于冷冲模具、锻造模具、注射模具、压铸模具的设计与制造。我国的计算机技术起步较晚，模具CAD/CAM的开发始于20世纪70年代末，但发展也相当迅速。到目前为止，通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、辊锻模、锤模和注塑模等CAD/CAM系统，它们在生产中发挥着重要的示范作用并产生巨大的经济效益。80年代中、后期，我国的冲模CAD研制工作进入了全面发展阶段，不少企业、科研院所大专院校都开发了面向中国制造的CAD软件，强调软件产品的专业化和本地化2。从上世纪90年代开始，华中科技大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。近年来，我国模具标准件库的应用也日益增多。为了减轻重复劳动，提高工作效率，许多研究机构和设计生产部门都在各种CAD平台上利用其提供的二次开发接口进行二次开发。大多数的CAD系统不含有标准件库，尤其是对特定行业的专用标准件库，不能满足设计人员的需求，因此相关的设计部门和科研机构采用不同的方法开发了行业内适用的标准件系统，很大程度上提高了设计效率。但是单纯的标准件库往往存在以下不足：（1）设计人员要根据模具类型手工选择所需标准件的尺寸和种类；（2）对于由若干标准件组成的典型组合；（3）在模具设计中对应标准件在模具活块或者非标常用件上要配合生成相应的定位孔、安装孔或槽腔，而这些结构的生成仍需要通过设计人员手工造型并和模具活块作布尔运算生成3。总体我国CAD/CAM的研究应用与工业发达国家相比还有较大差距，主要表现在：（1）CAD/CAM的应用集成化程度较低，很多企业的应用仍停留在绘图、NC编程等单项技术的应用上。（2）CAD/CAM系统的软、硬件均依靠进口，自主版权的软件较。（3）缺少设备和技术力量，有些企业尽管引进CAD/CAM系统，但其功能没能充分发挥。近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为广大模具企业普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条件。随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中，应进一步扩大CAD/CAM技术的应用范围4。1.2CAD/CAM技术与传统加工方法比较具有的先进性开发CAD/CAM软件的目的是应用CAD/CAM技术，应用CAD/CAM技术的目的是提高企业的设计和制造水平，增强企业在国际市场的竞争能力。根据传统做法，一个新产品的开发过程总是分为设计与制造两大部分。模具生产也不例外，模具属单件生产，设计与制造往往是一一对应的，所以模具设计的工作特别繁重。传统的模具设计采用手工设计方法，工作繁琐，模具设计所占工时约为模具总工时的20左右，模具设计工作量大、周期长、任务急。引入模具CAD技术后，模具设计可借助计算机完成传统手工设计中各个环节的设计工作，并自动绘制模具装配图和零件图。模具CAM最初应用于模具型腔等复杂形状自动加工的计算机辅助编制，后又逐步扩展为工艺准备和生产准备过程中的许多功能，例如计算机辅助模具制造工艺过程的设计、计算机辅助模具生产管理等各方面的应用。开发模具CAM最原始的依据是模具的几何信息-图形。最初的模具CAD/CAM技术，尽管使用计算机代替了大量的繁重手工劳动，取得很大成绩，但是从整个模具生产过程看，却没有什么本质的变化。整个模具生产与传统模具生产类似，设计与制造环节间有着严格的分界，二个环节间传递信息的最重要手段只靠图样。 模具CAD/CAM技术的主要特点是设计与制造过程的紧密联系-设计制造一体化，其实质是设计和制造的综合计算机化。在模具CAD/CAM系统中，产品的几何模型（有些综合系统还要求附加工艺和组织管理方面信息）是关于产品的最基本核心数据，并作为设计、计算、分析中最原始的依据。通过模具CAD/CAM系统的计算、分析和设计而得到的大量信息，可运用数据库和网络技术将其存储并直接传送到生产制造环节的各个方面，从而实现设计制造一体化。采用了CAD/CAM技术以后，图样的作用大大减弱，大部分设计和制造信息由系统直接传送，图样不再是设计与制造环节的分界线，也不再是制造、生产过程中的唯一依据，它将被逐步简化，甚至最终消失1。1.3我国CAD/CAM 技术存在的主要问题近几年来，我国CAD/CAM系统的开发和应用取得了一些成绩，国内已初步形成了CAD/CAM商品化软件市场。尽管如此，我国CAD/CAM技术发展在设计水平、开发能力、开发规模、技术和产品质量上还无法与发达国家相比。在CAD/CAM软件应用与开发存在的不足主要有以下几点：(1)不少的企业对CAD的认识还仅仅停留在绘图阶段，缺乏设计方法和设计理论的指导，从而使CAD产生的效益尚未得到充分发挥5。(2)CAD/CAM软件应用人员层次不齐，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，许多企业没有充分考虑各种CAD/CAM软件的特点，购买回来的CAD/CAM软件不能完全适用于本企业的产品设计与开发工作6。(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7。(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89。(6)我国CAD技术开发创新少、仿制多。没有创新就没有竞争力，只仿制就不能开发出有竞争力的产品。从我国二维CAD到目前研制的三维CAD都存在这一问题。用户提出的参数设计问题10、数据管理问题及特征造型问题。这些技术，我国CAD研究开发者都没有引起注意。(7)我国CAD软件的开发缺乏理论和算法的研究。CAD技术是一项综合性的高新技术，涉及面广而复杂，技术变化快，竞争激烈。就建模技术而言会涉及很多模型建立的理论和算法，这些都是为解决用户需求而研究开发的，每种理论和算法用于CAD系统中，会产生新的CAD软件，如著名的CSG、B-rep、NURBS等，而我国CAD软件开发者缺乏这方面的研究44。(8)信息集成技术落后。信息技术的广泛集成是以产品数据管理（PDM）和过程管理（PM）为基础，实现CAD/CAPP/CAM和ERP的有机集成，在并行工程中PDM也是重要的基础。而我国在这方面的研究刚刚开始，至今也没有一个在国内市场上成熟的数据库管理系统（DBMS）12。因此，这类基础性软件也被国外的系统占领了市场，而我们的CAD/CAPP/CAM集成技术又是建立在国外基础系统上。(9)CAD中的数据交换格式和标准化落后。在CAD技术的标准化方面，我国由于技术落后，资金投入不足，至今仍未提出一个有关CAD方面的标准，完全是采用国际标准，而且有的已用作国家标准（IGES、STEP等），另外由于种种因素也跟不上国际标准的更新和发展，因此造成国内CAD软件系统在数据交换、标准化等方面存在不少问题13。第二章、模具CAD/CAM 的发展趋势2.1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、网络化、智能化、并行化(1)集成化集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显着的趋势。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC（生产计划与控制）等各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。国内外大量的经验表明，CAD系统的效益往往不是从其本身，而是通过CAM和PPC系统体现出来；反过来，CAM系统假如没有CAD系统的支持，花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用；PPC系统假如没有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据，订出的计划也较难贯彻执行，所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此，人们着手将CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系统有机地、统一地集成在一起，从而消除自动化孤岛，取得最佳的效益14。CIM是CAD/CAM集成技术发展的必然趋势。CIM的最终目标是以企业为对象，借助于计算机和信息技术，使生产中各部分从经营决策、产品开发、生产准备到生产实施及销售过程中，有关人、技术、经营管理三要素及其形成的信息流、物流和价值流有机集成并优化运行，从而达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，使企业赢得市场竞争的目的15。CIMS是一种基于CIM哲理构成的计算机化、信息化、智能化、集成化的制造系统。它适应多种、小批量市场需求，可有效地缩短生产周期，强化人、生产和经营管理的联系，压缩流动资金，提高企业的整体效益。(2)网络化21世纪网络将全球化，制造业也将全球化，从获取需求信息，到产品分析设计、选购原辅材料和零部件、进行加工制造，直至营销，整个生产过程也将全球化。CAD/CAM系统的网络化能使设计人员对产品方案在费用、流动时间和功能上并行处理的并行化产品设计应用系统；能提供产品、进程和整个企业性能仿真、建模和分析技术的拟实制造系统；能开发自动化系统，产生和优化工作计划和车间级控制，支持灵敏制造的制造计划和控制应用系统；对生产过程中物流，能进行治理的物料治理应用系统等16。(3)智能化人工智能在CAD中的应用主要集中在知识工程的引入，发展专家CAD系统。专家系统具有逻辑推理和决策判定能力17。它将许多实例和有关专业范围内的经验、准则结合在一起, 给设计者更全面，更可靠的指导。应用这些实例和启发准则，根据设计的目标不断缩小探索的范围，使问题得到解决。(4)并行工程并行工程（Concurrent Ensineering）是随着CAD/CAM、CIMS技术发展提出的一种新哲理、新的系统工程方法。这种方法和思路，就是并行的、集成的设计产品及其开发的过程18。它要求产品开发人员在设计的阶段就考虑产品整个生命周期的所有要求，包括质量、成本、进度、用户要求等，以便最大限度地提高产品开发效率及一次成功率。并行工程的关键是用并行设计方法代替串行设计方法。随着市场竞争的日益激烈，并行工程必将引起越来越多的重视。但其实施也决非一朝一夕的事情，目前应为并行工程的实现创造条件和环境。其中，与CAD/CAM技术发展密切相关的有如下几项要求：1）研究特征建模技术，发展新的设计理论的方法；2）开展制造仿真软件及虚拟制造技术的研究，提供支持并行工程运行的工具和条件；3）探索新的工艺过程设计方法，适应可制造性设计（DFM）的要求19；4）借助网络及统一DBMS技术，建立并行工程中数据共享的环境；5）提供多学科开发小组的协同工作环境，充分发挥人在并行工程中作用。以上要求将极大地促进CAD/CAPP/CAM技术的变革和发展。2.2 基于知识设计技术的提出模具设计和制造在很大程度上仍然依靠着模具工作者的经验，仅凭计算机的数值计算功能去完成诸如模具设计方案的选择、工艺参数与模具结构的优化、成型缺陷的诊断以及模具成形性能的评价是不现实的。新一代模具CAD/CAE/CAM系统正在利用KBE（基于知识的工程）技术进行脱胎换骨的改造。知识集成的主要目的是将分散的知识按照一定的逻辑规则有机的结合起来，使知识有序化、层次化，从而高效地利用知识资源，有利于知识创新。网络等信息技术的发展为知识集成发展提供了很好的外部条件，而模块化的工程设计方法为知识集成的实现提供了必要的内部条件。如UG-II中所提供的人工智能模块KF（KnowledgeFus-ion）20。利用KF可将设计知识融入系统之中，以便进行图形识别与推理。国内研究工作者在此方面做了大量的研究工作，并在某些方面取得了长足发展。2.3 与先进制造技术的结合采用高速加工技术，得到的产品质量好，生产效率高。高速加工过程中，机床主轴以极高的转速运转，激振频率远远离开了“机床刀具工件”系统的固有频率范围，零件加工过程平稳无冲击，因此加工精度高，表面质量好，经过高速铣削得型腔表面可以到达磨削的水平，省了很多精加工21。用高速铣加工中心加工零件，可以在一次装夹中完成型腔的粗精加工和模具零件其他部位的机械加工，并且不需要做电极，不需要手工研磨和抛光。虚拟产品设计和制造。虚拟现实技术集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、网络、多传感器、并行处理等技术。模具虚拟产品设计技术是虚拟现实技术在模具产品制造中的应用或实现，是模具现实设计环境和制造环境的计算机内部映射，是虚拟制造的重要内容；虚拟制造是以仿真技术、虚拟现实技术等为支撑，对模具设计、加工、装配、维护经过统一建模形成虚拟的环境、虚拟的过程和虚拟的产品22。虚拟技术使得产品的设计和制造更加直观化，并且有利于发现问题，即使修正，避免了在真正设计制造中出现问题引发的资源损耗。2.4 模具标准件选择向智能化发展由于人工智能、知识和知识表示的引入，使得模具标准件选择智能化，减少了人工操作量，提高了模具设计的效率，同时减少了设计中错误纰漏的发生。国内的许多专家对此提出了先进的理论，比如：卜昆提出设计一个参数化的尺寸驱动的三维建库工具23；莫蓉分析了面向转配的标准件库的信息结构，提出和实现了满足装配建模的一种标准件建库方法和建库工具。这些理论对模具标准件选择向智能化发展都有深远的影响。2.5我国模具CAD/CAM软件自主开发和二次开发情况我国模具CAD/CAM的开发开始于20世纪70年代末，发展也很迅速。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+，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，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。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、锻模、锤模和注塑模等CAD/CAM系统。但是，直到现在这些系统大多数尚未在生产中广泛推广应用国内开发适合模具行业的CAD/CAM软件，主要采用两种途径CAD/CAM上开发和开发拥有自主版权的CAD/CAM系统(1)基于现有模具CAD/CAM平台二次开发成果 华中科技大学1997年推出了HSC2.0注射模CAD/CAE/CAM集成系统，HSC2.0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较核子系统，塑料流动、冷却等子系统等。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。 (2)自行开发的拥有自主版权的模具CAD/CAM系统由北京北航海尔软件有限公司推出的三维电子图板和CAXA-ME制造工程师2000，能进行3D零件设计与NC加工，其特点是基于3D参数化的特征设计，实现了实体、曲面和NC加工的协调与统一。上海交通大学中模公司开发的金属塑性成型三维有限元仿真系统，其刚（粘）塑性有限元分析器和动态边界处理技术达到了国际先进水平。吉林金网格模具工程研究中心所开发的冲压模具CAD/CAE/CAM1体化系统，将设计、模拟与制造有机结合起来。浙江大天电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化造型系统GS-CAD98。金银花系统是由广州红地技术有限公司开发的基于STEP标准的CAD/CAM系统。开目CAD是华中理工大学机械学院开发的具有自主版权的基于微机平台的CAD和图纸管理软件。中科院凯思软件集团及北京凯思博宏应用工程公司开发了具有自主版权的PICAD系统及系列软件。这些软件已经在许多模具行业中的企业得到推广和应用。第三章、CAD/CAM在模具加工中的应用3.1 CAD/CAM在模具加工中的应用计算机辅助制造（CAM）主要用来解决产品造型设计和分析、加工问题，可完成模具产品造型、产品可装配性检查、动态流体分析等工作。常用软件有UG、Pro/Engineer、Mastercam、Cimatron和CAXA等，这些软件都具有模具设计开发功能。运用知识工程技术(KBE)，把模具设计原理、经验、技能和规范等结合到系统中，设计人员只要输入工况参数、工程参数或应用要求，系统就能自动推理构造出符合要求的数字化几何模型。有的设计软件如（UG）还具有数据读入、零件建模、缩放控制、自动模型布局、分模等功能，通过使用过程模板和标准件库，把过程向导技术应用于模具的优化设计中，使只有最基础模具设计概念的初级设计人员也能设计出高质量的模具来，大大提高了模具设计工作的效率。 高速加工对加工工艺、走刀方式比传统方式有着特殊要求，因而要求CAM系统能够满足这些特定工艺要求。为了能够确保最大切削效率，又保证在高速切削时加工安全性，CAM系统应能根据加工瞬时余量大小，自动对进给率进行优化处理，以确保高速加工刀具受力状态的平稳性，提高刀具使用寿命。CAM软件在生成刀具轨迹方面具备了以下功能： 1.应保持刀具轨迹的平稳，避免突然加速或减速 2.应避免刀具轨迹中走刀方向的突然变化，以免因局部过切而造成刀具或设备的损坏。 3.残余余量加工或清根加工是提高加工效率的重要手段，一般应采用多次加工或采用系列刀具从大到小分层加工，避免用小刀一次加工完成，还应避免全力宽切削。 4.下刀或行间过度部分最好采用倾斜式下刀、螺旋下刀或圆弧下刀，避免垂直下刀直接接近工件材料；行间连接采用圆弧连接。5.刀具轨迹裁剪修复功能也很重要，可通过精确裁剪减少空刀，提高效率，也可用于零件局部变化时的编程，此时只需修改变化的部分，无须对整个模型重编。 6.刀具轨迹编辑功能非常重要，避免多余空走刀、抬刀，可通过对刀具轨迹镜像、复制、旋转等操作，避免重复计算。 7.可提供优秀的可视化仿真加工模拟与过切检查。 生产实践表明，高速加工技术在模具制造中有加工精度高、表面质量好和生产效率高等特点。举几个典型应用实例。 用制造插座的压铸模具为例，材料硬度为54HRC。釆用传统加工时的工艺过程是：粗加工-线切割-淬火-EDM 成形-抛光，加工总工时为55h。釆用高速加工时工艺过程是：粗加工-淬火-HSC-抛光，加工总工时仅为14.5h。工效提高近4倍。高速加工后的模具表面质量极佳，还可大幅度降低生产成本。 以生产卡车外壳的大型模具为例，现在釆用高速加工方法制造，粗加工刀具为直径25.4mm 的球头铣刀，主轴转速9000r/min，进给速度5000mm/min；精加工刀具为直径8mm的球头铣刀，主轴转速20000r/min，进给量2000mm/min，高速铣削后达到的表面粗糙度为1um。因此不必再进行手工研磨，只需用油石抛光。和原来釆用的电加工工艺相比，手工操作时间减少了40%。3.2铸造模CAD/ CAM技术铸造成形过程模拟的探索性工作始于求解铸件的温度场分布。 1962年丹麦的Fursund用有限差分法首次对二维形状的铸件进行了凝固过程的传热计算，1965年美国通用汽车公司Henzel等对汽轮机铸件成功进行了温度场模拟，从此铸件在模具型腔内的传热过程数值分析技术在全世界范围内迅速开展。从上世纪70年代到80年代，美国、英国、法国、日本、丹麦等相继在铸件凝固模拟研究和应用上取得了显著成果，并陆续推出一批商品化模拟软件。进入90年代后，我国的高等院校，如清华大学和华中科技大学在该领域也取得了瞩目的成就。 单纯的传热过程模拟并不能准确计算出铸件的温度变化和预测铸造中可能产生的缺陷，充模过程对铸件初始温度场分布的影响以及凝固过程中液态金属的流动对铸件缺陷形成的影响都是不可忽视的。铸件充模过程的模拟技术始于上世纪80年代，它以计算流体力学的理论和方法为基础，经历十余载，从二维简单形状开始，逐步深化和扩展，现已成功实现了三维复杂形状铸件的充模过程模拟，并能将流动和传热过程相耦合。目前国外已有一批商品化的三维铸造过程模拟软件，如日本的SOLIDIA、英国的SOLSTAR、法国的SIMULOR、瑞典的NOVACAST、德国的MAGMA和美国的 AFSOLID、PROCAST等。国内也有清华大学的铸造之星、华中科技大学的华铸CAE等。这些铸造模CAE软件已覆盖铸钢、铸铁、铸铝和铸铜等各类铸件，大到数百吨，小至几千克，无论是在消除缩孔和缩松，还是在优化浇冒口设计，改进浮渣夹渣等方面都发挥了显著的作用。 3.3锻模CAD /CAM技术 自上世纪70年代以来，国内外许多学术机构和公司对锻模CAD/ CAM技术进行了广泛的研究，在锻造工艺过程设计、锻模结构设计和金属流动模拟等方面均取得了显著的成绩。轴对称锻件约占锻件总数的30%左右，加上轴对称锻件几何形状简单，易于描述和定义，所以开发锻模CAD/ CAM系统时国内外大多数机构和人都是从轴对称锻模入手。轴对称锻模CAD/ CAM系统的主要组成部分包括锻件设计、模锻工艺设计、锻模结构设计和NC编程。锻件设计指的是设计冷锻件图和热锻件图，包括选择分模面、补充机加工余量、添加圆角和拔模斜度等。模锻工艺设计决定是否采用预成形工序、怎样采用预成形工序以及如何选择锻压设备的吨位。 3.4级进模CAD/ CAM技术国外级进模CAD/ CAM的研究始于上世纪60年代末，70年代便有初步应用，但仅限于二维图形的简单冲裁级进模，其主要功能如条料排样、凹模布置、工艺计算和NC编程等。弯曲级进模CAD/CAM系统出现在80年代，如日本日立公司和富士通公司的弯曲级进模系统等。为了能够适应复杂模具的设计，富士通系统采用了自动设计和交互设计相结合的方法，在该系统中除毛坯展开、弯曲回弹计算和工步排序为自动处理外，其余均需要设计人员的参与。 应用三维几何造型技术的级进模系统始于80年代末，如美国Auto-trol公司的Die-Design系统，该系统采用三维几何模型来描述钣金零件，并将三维图形技术应用于模具结构设计，显示出三维图形软件在模具设计中的重要作用。 进入90年代，国际著名商品化三维CAD/CAM系统，如美国的Pro/E、UG-II、 CADD5、Solidworks、MDT等均陆续在模具界得到应用。美国PTC公司基于Pro/E系统开发了钣金零件造型模块Pro/Sheet Metal。UG Solution公司在UG-II的基础上开发了同类型的模块UG/Sheet Metal。以上两个系统都缺乏面向级进成形工艺及模具结构设计的专用模块，但这方面的工作进展很快，有的已经初见成效。 本世纪之初，美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-II （现为NX）软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块。具有特徵识别与重构、全三维结构关联等显著特色，已在2003年作为商品化产品投入巿场。我国从上世纪90 年代开始，华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。如华中科技大学模具技术国家重点实验室在AutoCAD软件平台上开发出基于特徵的级进模CAD/CAM系统HMJC，包括钣金零件特徵造型、基于特徵的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程五个模块。上海交通大学为瑞士法因托（Finetool）精冲公司开发成功精密冲裁级进模CAD/CAM系统。西安交通大学开发出多工位弯曲级进模CAD系统等。近年来，国内一些软件公司也竞相加入了级进模CAD/CAM系统的开发行列，如深圳雅明软件制作室开发的级进模系统CmCAD、富士康公司开发的用于单冲模与复合模的CAD系统Fox-cad等。 3. 5汽车覆盖件模CAD/ CAM技术国际上最早开展汽车覆盖件模CAD/CAM系统研究与开发的是各个大汽车制造公司。早在1965年日本丰田汽车公司已将数控技术用于汽车覆盖件的模具加工，取得了很好的经济效果。上世纪80年代丰田汽车公司所采用的汽车覆盖件CAD/CAM系统包括了NTDFB和CADETT两个设计软件及加工凸、凹模的 TINCA软件，可完成车身外形设计、车身结构设计、冲模CAD、主模型与冲模加工和夹具加工等任务。据报道，该系统投入使用后可使丰田公司的汽车覆盖件成形模设计与制造时间减少50%，本世纪之初丰田汽车公司又采用了美国PDC公司基于Pro/E软件平台开发的面向拉延模设计的专业化软件 Pro/Dieface。 美国通用汽车公司依托美国UGS公司在UG-II软件平台上也开发了用于汽车覆盖件模具设计的专用模块，如钣金件设计、车身设计、复盖件冲压工艺设计（包括冲压方向选择、工艺余量补充、压边面形状设计和修边线确定）和模具结构设计等，目前该系统正处于试运行阶段。与此同时，美国福特汽车公司、英国PSF公司、日本获原铁工所、富士铁工所等国外生产汽车覆盖件模具的公司也开发了各自公司专用的汽车覆盖件模 CAD/CAM系统。目前这些系统尚不对外出售。 如湖南大学以先进冲压CAE技术为突破口，开发出一套包括冲压工艺设计和汽车覆盖件模具设计和制造的系列化软件。其冲压仿真CAE自动建模系统CADEM- I能够利用模具表面数控轨迹数据作为网格生成的几何数据源，使建模效率成倍的提高，对于汽车覆盖件成形，在同样精度下可使仿真模型网格单元减少近20% 40%。冲压仿真CAE系统CADEM-II采用先进的理论和算法，在保证冲压件大变形计算精度的前提下显著地提高了分析速度。冲压工艺分析与设计系统 CADEM-III采用壳体失稳理论预测覆盖件成形中的起皱趋势，采用基于仿真的毛坯反算技术，实现了复杂零件的毛坯形状和尺寸的迭代反求。 3.6塑料注射模CAD/ CAM技术塑料注射模CAD/CAM是伴随着通用机械CAD/CAM技术发展而不断深化的。从上世纪60年代基于线框模型的CAD系统开始, 到70年代以曲面造型为核心的CAD/CAM系统，80年代实体造型技术的成功应用，90年代基于特徵的参数化实体/曲面造型技术的完善，为塑料注射模采用 CAD/ CAM技术提供了可靠的保证。目前在国内外巿场已涌现出一批成功应用于塑料注射模的CAD/ CAM系统。 现在国外一些著名的商品化三维造型软件都带有独立的注射模设计模块，如美国PTC公司的Pro/E、UGS公司的UG-II、SDRC公司的I-DEAS系统。这三个CAD/CAM系统目前在塑料模具工业中的应用最为广泛。此外还有美国CV公司的CADDS系统、法国MATRA公司的EUCLID系统、法国 DASSAULT公司的CATIA系统、英国DELCAM公司的DUCT系统、日本造船信息系统株式会社的Space-E系统和日本UNISYS株式会社的CADCEUS系统等都各具特色，拥有各自的用户群。 塑料注射模CAE技术的发展也十分迅速，从上世纪60年代的一维流动和冷却分析到70年代的二维流动和冷却分析再到90年代的准三维流动和冷却分析，其应用范围已扩展到保压分析、纤维分子取向和翘曲预测等领域并且成效卓着。第四章CAD/CAM系统开发的关键技术4.1面向对象设计技术面向对象常指在程序设计中采用封装、继承、抽象等设计方法，以提高软件的重用性、灵活性和扩展性。ObjectARX2006二次开发工具包，引入了面向对象的编程机制，提供了大量的类库，在C+的支持下，可以很好地运用各种面向对象技术，使开发者能够更加深入的使用、用户化和扩展AutoCAD。本研究中采用面向对象的方法设计冒口、补贴、冷铁、浇注系统。4.2模块组件设计思想模块组件设计在功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成为用户定制不同的产品，以满足不同厂家的需求。铸造工艺设计内容繁多，受厂家各自的设计标准和习惯影响大，使得铸造工艺CAD通用性差，难以推广使用。计算和绘图工作。本研究开发的二维铸造工艺CAD系统以铸造工艺设计中的几大工艺参数为核心，依据铸造工艺手册的铸造工艺标准9-10，集成了整个铸造工艺设计过程各阶段的功能，以辅助工艺人员快速高效地完成工艺设计过程。设计的CAD系统框架结构如图1所示，主要功能包括：初始设置、工艺参数标注、冒口系统设计及标注。本研究开发的铸造工艺CAD以实用化、通用化为目标，采用了模块组件设计思想进行程序设计。首先，在开发上的功能细化，专业化，复杂化。通过和多家铸造企业合作开发，将每个企业内部的标准、习惯都保留、归类，即细化、专业化，开发过程中尽量寻求最简化、最具代表性的标准。然后采用组件设计实现复杂化向通用化的转变。各企业实行各自的标准，但其中有些模块是通用的，基本上都相差不大，开发时建立通用组件模块。对厂家独特的标准，可能要重新开发，形成新的模块单元。随着模块单元的增加，功能覆盖面会越来越大。通过用户定制、合理组合，能较快地开发出实用化、通用化的铸造工艺CAD系统。4.3 参数化设计技术参数化设计方法就是指在保持图形结构的拓扑关系不变的情况下，通过设置相应的参数来控制图形的几何尺寸大小。部分参数值的改变可以导致设计图形的自动修改。这种设计方式显著地改善了图形设计的重构能力和设计柔性。AutoCAD目前的参数化设计功能还远达不到UG、Pro/E、CATIA等三维软件的参数化设计功能。本研究的CAD系统开发中，冒口系统、冷铁系统、砂芯系统及辅助系统都采用参数化设计方法进行设计。绘图人员只要输入要求的参数，就可以自动生成对应的图形，简单、方便、实用。4.4 ODBC数据库访问技术在铸造工艺设计过程中，会用到大量的数据，CAD 系 统 的 二 次 开 发 中 采 用 Microsoft Access 作 为DBMS （数据库管理系统） 存储数据，依据铸造手册标准建立了分型负数、加工余量、冒口系统、浇注系统、工艺卡的有关工艺参数等数据库，当需要使用的时候可以从Access中读出来或者写进去，实现数据交互 。 二 次 开 发 中 常 利 用 开 放 数 据 库 互 联ODBC 的CRecordSet类和CDatabase类对数据库进行操作。MFC的ODBC提供了应用程序接口，使得任何一个数据库都可以通过ODBC驱动器与指定的DBMS相联，实现对数据库进行添加、修改、删除等操作。4.5 “橡皮筋”技术图形归根结底还是由特殊点构成的，绘图时就是要利用这些特殊点来完成定位。特别是图块的输入操作大都是由拾取定位点开始的。采用“橡皮筋”技术，能实现插入点的光标动态定位。“橡皮筋”是一种形象称呼，指的是绘制直线时缓冲区内不断重绘的线条，就像被拉扯的橡皮筋一样。“橡皮筋”是绘制直线及绘图操作的基础之一，它可以给绘图人员直观的提示，提高绘图的精度及易操作性。4.6 选择集技术 选择集也是缓冲区绘图的基础之一，利用它可以实现绘图中光标移动时实体的不断重绘。不同于“橡皮筋”的是，该技术重绘的不再是单一的线条，而是复杂的实体，当然选择集中也可以实现某些线条“橡皮筋”似的拉扯。运用选择集的基本过程为：创建一个选择集、将实体加入选择集、拖动选择集内图形不断缓冲重绘以及删除选择集。选择集的应用在整个软件编写中起到了极为重要的作用。4.7 CAD系统功能的实现及应用基于上述技术和方法，利用ObjectARX2006二次开发包，成功开发了基于AutoCAD2006平台的二维铸造工艺CAD系统“华铸二维CAD”，该系统包含铸钢、灰铁、球铁、有色合金等模块功能。图2是该系统的铸钢件CAD模块功能菜单界面，该图也是采用所开发的CAD系统绘制的一个铸钢件的铸造工艺实例，其中深颜色的部位为添加的加工余量，最下面标注的是分型面，并添加了冒口，绘制了砂芯标记及浇注系统。图3是热节圆和冒口模数计算界面。将铸件结构简化成10种典型结构，分别采用不同的经验公式，计算热节