模具CADCAM技术的现状及发展趋势.doc

模具CAD/CAM技术的现状及发展趋势CAD（计算机辅助设计）和CAM（计算机辅助制造）是60年代以来迅速发展起来的一门新兴的综合型计算机应用技术。计算机辅助设计和制造，简称CAD/CAM，指的是以计算机作为主要技术手段，帮助人们处理各种数字信息和图形信息，辅助完成产品设计和制造中的各项活动，它能够将传统的设计与制造彼此相对独立的工作作为一个整体来考虑，实现信息处理的高度一体化。一、模具CAD/CAM技术的现状模具CAD/CAM是CAD/CAM技术的一个重要分支和组成部分。模具CAD/CAM技术发展很快，应用范围日益广泛。在冲压模、锻造模、挤压模、注塑模和压铸模等方面都有比较成功的CAD/CAM/CAE系统，并且涌现了大量的文献资料。采用CAD/CAM技术是模具生产革命化的措施，也是模具技术发展的一个显著特点。1、国外模具CAD/CAM技术的发展现状国外模具CAD/CAM技术的研究始于上世纪60年代末，当时美国、日本、德国、加拿大等发达国家开始对冲模CAD进行研究。进入70年代，出现了面向中小企业的CAD/CAM的商品软件，如日本机械工程实验室成功研制的冲裁级进模CAD系统，美国DIECDMP公司成功地研制出计算机辅助设计级进模的PDDC系统。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。80年代，弯曲级进模CAD/CAM系统开始出现，美国、日本等工业发达国家的模具生产绝大多数采用了CAD/ CAM技术。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。这些系统均具备实体造型和曲面造型的强大功能，能够设计制造汽车零部件的模具。进入90年代后，国外CAD/CAM技术向着更高的阶梯迈进。在80年代的基础上，从软件结构，产品数据管理，面向目标的开发技术，产品建模和智能设计，质量检测等方面都有所突破，为实现并行工程提供了更完善的环境。印度学者YK.D.V.Prassad、S.Som Sundoram等开发了普通冲裁模CAD/CAM系统(CADDS)，美国Striker-System:公司开发了冷冲模设计软件系统SS-Die Professional等。另外UG、PROE、CAXA等软件的成功开发，使得模具CAD/ CAM的功能更加完善，应用也更加广泛。2、国内模具CAD/CAM技术的发展现状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。如天津大学的TD系统和一汽、二汽企业用的模具CAD/CAM系统。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。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征的级进模CAD/CAM系统HMIC,包括饭金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、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5个模块；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模具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、北航研发的CAXA等。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。二、模具CAD/CAM技术的发展趋势随着现代化技术的迅速发展，模具在国民经济发展过程中将处于越来越重要的地位。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。针对模具CAD/CAM存在的问题，总结其发展趋势主要有以下几个方面:1、集成化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。2、微型化CAD/CAM正转向采用超级微型计算机。32位超级微型计算机在单机功能上将达到小型机和中型机的水平，多CPU并行处理时的功能将达到大型机的水平。以超级微机为基础的CAD/CAM系统不断增多，功能也在不断扩大。3、网络化与协同设计随着模具工业规模的不断扩大,要做到资源信息共享、交换等,网络化设计的发展是必然的,将以微机为中心的智能工作站达成了分布式系统构成CAD/CAM/ CAE/CAPP微机局域网络,结构灵活,功能愈加强大,并伴随着Internet/Intranet网的进一步拓展,系统提供了异地设计人员在同一时间对同一个参数进行评价和修改,实现异地操作与数据交换,使一个项目在多台计算机上协作完成,以适应不同地区的现有资源和生产设备资源的要求和利用。这种基于Internet下的协同设计实现了企业间的“集成化”,它将成为模具制造业全球化的发展趋势。4、智能化CAD/CAM 系统智能化主要表现在专家系统思想的引入，通过虚拟专家来处理模具设计制造中的问题，专家系统具有数据模块知识库模块和控制模块，专家系统可以解决知识表示，特征统计，推理方法，概念设计等问题，具有启发性、灵活性等特点，整个系统具备人工智能（AI）理想的智能模具CAD/CAM 系统响应，自动产生设计方案，对方案进行最优评价和选择，并对模具设计制造提供全方位的过程响应和处理。5、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。CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，只有依靠标准化技术才能解决CAD系统支持异构跨平台的环境问题。目前，除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标准零部件库、标准化设计方法已成为CAD系统中的必备内容，并向合理化工程设计的应用方向发展。6、最优化产品设计和工艺过程设计的最优化始终是人们追求的目标，采用传统的方法设计制造模具可靠性较差。目前。大多数模具CAD/CAM系统中使用的设计方法和手工设计时的方法基本相同，系统采用交互方式运行，当遇到一些复杂问题时，由设计人员加以选择和判断。因此，模具的可靠性仍然存在问题，难以保证一次成功。在NC编程时，利用仿真技术模拟加工过程，分析加工情况，判断干涉和碰撞，有利于确定最佳进给路径，保证加工质量，避免发生意外事故，近年来，加工仿真技术已得到很大发展。7、新型化用于CAD/CAM的新型外部设备将不断问世。作为计算机外部存储器的磁盘将被存储密度为几百倍甚至几千倍的光盘所代替。不久，光栅扫描显示器的分辨率可达4000*4000.其他外部设备，如图形输入装置、声音识别装置、视觉追踪装置和激光打印机等，亦将迅速发展，日新月异。8、开放性 CAD/CAM系统目前广泛建立在开放式操作系统Windows和UNIX平台上，为最终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自己的应用程序。9、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(Reverse Engineering)。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。10、 快速成形技术快速成形制造技术RPM(Rapid Prototyping & 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。三、结束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, 研制的软件在可靠性和稳定性方面与国外工业发达国家的软件尚有一些差距, 还没有针对性的软件, 使用一般都是通用性软件