【精品】我国模具CAD_CAM技术的现状及发展趋势研究

1、文章编号：10014934 ( 2 0 0 7 ) 01-0055-04我国模具c a d / c a m技术的现状及发展趋势 研究汪文虎，刘晓辉，张军（西北工业大学 机电学院，陕西西安 7 1 0 0 7 2 ）摘 要：介绍了我国模具c ad / c am技术的现状，分析了 c ad / c am技术存在的主要问 题，探讨了今后的发展趋势。随着模具c ad / c am技术向着更高方向的发展，必将提高产甜的设 计和制造效率。关键词：标准件库；集成化；知识工程；先进制造技术中图分类号：t p 3 9 1文献标识码：aabstr actcurren t10gydeve10pmer1 tw1tha

2、 na1ys1s0fms10n0 fthefutur etechn o 10gydeve1o ppr0du c tdes1gnan d1mpr0 vedkeywordsstandard1neer i ngadvancedtechn o10gyt om aparmana i ns ti nt u s o f d i echina was icad/cam n t r o d u c ecad/camt.d因此，发达国家从2 00引言模具工业是国民经济的础工业之。模具是工业牛产屮的基础工艺装备，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

3、制造业水平的垂要标志。术在模具业中的应用。纪5 0年代末就开始模具c ad / c am的研 究1 - 4 ,如美国通用汽车公司在2 0世纪5 0年代就 将c a d / c a m技术应用于汽车覆盖件的 设计和制收稿日期：2 0 0 6 - 0 9 - 0 8作者简介：汪文虎（19 6 5 ）,男，副教授。1模具c a d / c a m的现状由于对模具要求的越來越高，传统的制模方法己经不能满足需要，这就促使了 c ad / c am技造上；普惠（pw）公司早在19 6 8年就开始把c a d / c a m技术应用于航空发动机的研究工 作上，着手开发涡轮叶型设计系统t a d s y s

4、, 使工程分析时间缩短到1 / 6,提高了设计质量；罗一罗公司的c a d / c a m工作也是从叶片开始 的，而且进展很快，其系统己成功应用于r b 211 -5 2 4发动机的涡轮叶片精铸模具上了。到2 0世 纪8 0年代，模具c ad / c am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。我国由于计算机技术发展起步较晚 等原因，模具c ad技术的研究与开发于上世纪7 0年 代末才开始3,并相继在国家的“六五j “七 五”、“八五”、“九五“规划中均列为重耍的技 术攻关项目。通过儿i 年的努力，模具c ad技 术的研究和开发已取得了很人的进展。5 6“一汽

5、”、“二汽”、“上海人众”等大型金业 均能利用模具c a d / c a m系统设计制 造汽车车身大型覆盖件模具。1 9 9 5年北京艾克斯特ci m技术公司开发出模具c ad / c am系统；1996年北京宇思机电公司开发的工程化机 械 c a d /究机构和设计生产部门都在各种c ad平台上利 用其提供的二次开发接口进行二次开发5。大 多数的cad系统不含有标准件库，尤具是対特 定行业的专用标准件庫，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

6、具类型手工选择所需标准件的尺寸 和种类；（2）对于rti若干标准件组成的典型组合；（3）cam软件y s - m c a d ；青岛海尔模具有限公司、铜陵三佳模具股份有限公司、无锡市国盛精 密模具制造有限公司等也纷纷引进了 c ad技术 开发了自己的模具设计系统，极大地提高产品 的设计水平和市场竞争力。国内开发的自主版 权模具c a d / c a m软件也正在模具行 业推广与普及，并在应用中不断得到改进和完善，其代表 有：华中理工大学（现为华中科技大学）模具技术国家重点实验室开发的塑料注模ca d /c ae / c a m 系统 h c s2 .0、上海交通人学模具c ad工程中心开发的冷

7、冲模c ad系统、北京航空航天大学华止模具所开发的c a d / c am系统c a x a o“八五”、“九五”期间西北工业大学与沈阳黎明航空发动机公司、成都航空发动机集因、西安航空发动机公司联合开发了航空发动机涡轮叶片精铸模具c ad / c am系统7 o该系统实现了精铸模具零件的特征造型、实体造型、零件装配尺寸协调和二维工程图绘制，达到了提高精铸模具设计质量和效率的h的。在实际应用中极人缩短了涡轮叶片的生产周期，取得不错的效果。近年來，模具标准件库的应用也日益增d i e and mould t e c h n o 1 o y no. 12 0 0 7在模具设计中对应标准件在模具活块或

8、者非标 常用件上要配合牛成相应的定位孔、安装孔或 槽腔，而这些结构的牛成仍需耍通过设计人员 手工造型并和模具活块作布尔运算生成。2我国c a d / c a m技术存在的主要问 题我国c a d / c a m技术与国外相比起来，发 展水平还很低，主要表现在以下方面。2. 1 c a d / c a m的集成程度不高，仍然停 留在n c编程和绘图的应用上6 在应用c a d技术设计模具方而，仅有约1 0%的模具在设计中采用了 c ad工具，距抛开 绘图板还有漫长的一段路要走；在应用c ae进 行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起 步，大多还处于试用和动画游戏阶段；在应用 cam技术制造模具

9、方面，一是缺乏先进适用的 制造装备，二是现有的工艺设备或因计算机制 式不同，或因字节差异、运算速度差异、抗电磁 干扰能力差异等，联网率较低，只有5 %左右的 模具制造设备近年來才开展这项工作。2.2cad/cam的软硕件都依靠进口，自 主版权的软件很少如常用的c a d / c a m软件有p r o /engineer 软件，是美国ptc (para matric technology corporation)公司 19 8 8 年推岀的软件，具有以卜特点：三维造型、参数化模型建构、基 于特征的造型、相关联性、统一的数据库。ug 是美国 eds (elec tronic data s y s

10、tem)公司开发的c a d / c a m 一体化软件，由c ad、c a e、仿真、质量保证、开发工具、软件接口、cam及饭金加工等部分组成。cat i a是由法国达索飞机公司研究的c a d / c a m 一体化软件，具 有工程绘图、数控加工编程、计算分析等性能，nj以方便地实现二维元索和三维元素间的转换， 具有平面和空间机构运动学方面的模拟和分析 功能，曲线造型功能尤为突出。我国研发的软件模具技术2 0 0 7. no. 1中应用较广泛的是北京华止软件工程研究所开 发的c a x a系列软件，主要包抵工程绘图、制 造工程师、注塑模具设计、注塑工艺分析、数控 机床通信等一系列模块，其他

11、还冇北航海尔等 软件。与国外的相关软件相比，我国白行研制的 很少。2 . 3缺少技术和设备力量我国大部分模具厂、车间的模具加工设备 陈旧，在役期长、精度差、效率低，至今仍在使 用普通的锻、车、铳、刨、钻、磨设备加工模具， 热处理加工仍在使用盐浴、箱式炉，操作凭工人 的经验，设备简陋，能耗高。设备更新速度缓 慢，技术改造，技术进步力度不大。虽然近年来 也引进了不少先进的模具加工设备，但过于分 散，或不配套，利用率一般仅有2 5%左右，设 备的一些先进功能也未能得到充分发挥。缺乏 技术素质较高的模具设计、制造工艺技术人员 和技术工人，尤其缺乏知识面宽、知识结构层次 高的复合型人才。性成型有限元分析

12、系统和冲裁模c a d / c a m系统；北京北航海尔软件有限公司的 c a x a 系列3模具c a d / c a m的发展趋势随看电子、信息等高新技术的不断发展，模具的发展呈现了以下趋势。3 . 1 模具 cad/cae/cam正向集成化、三维化、智能化和网络化发展集成化使得各个功能模块共享资源，从血支持模具设计、制造、装配、检测及牛产管理的全过程。如英国d e 1 c am公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复朵形体cam、艺术造型及雕刻h动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高的软件还包括：p

13、f o / e n gi n e e r、ug和c a t i a等。国内有上海交通人学金属塑采用高速加工技术，得到的产品质量好，生 r 7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“机床一刀具一 软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压模cad/cae/cam系统等。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉來设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的c ae分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。面向制造、基于知识的智能化功能成为衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。如c i m a t

14、r o n公司的注塑模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型1(11,生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产生材料明细表和供nc加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。3. 2慕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看模具工作者的经验，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c a d /c a e / c a m系统正在利用k b e (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h的是将分散的知识按照一定的逻辑规则有机的结合

15、起來，使知识有序化、层次化，从而高效地利用知识资源，有利丁知识创新。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耍的内部条件。如u g- i i中所提供的人工彻能模块k f (knowl edge fus-i o n ) o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。3 . 3与先进制造技术的结合d i e and mould technolog y n o 12 0 0 7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，

16、经过高都有深远的影响。速饶削得型腔表面可以到达磨削的水平，省了 很多精加工。用高速铳加工中心加工零件，可以 在一次装夹屮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撐，对模具 设计、加工、装配、维护经过统一建模形成虚拟4结论模具c a d / c a m技术的发展能

17、够提高产 品的设计和制造效率，缩短生产周期，提高产品合格率，对于增强我国的科技、经济实力都能起到巨大作用。参考文献：的环境、虚拟的过程和虚拟的产需。虚拟技术使 得产甜的设计和制造更加直观化，并且有利丁 发现问题，即使修止，避免了在真止设计制造中 出现问题引发的资源损耗。3. 4模具标准件选择向智能化发展由丁人工智能、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 错误纽:漏的发生。国内的许多专家对此提hit 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7；莫蓉分析了而向 转配的标准件库的信息结构，提出和实现了满

18、2 perry l. m i 1 1 e r , jamesii.0 1 i ver , david p. m iiler, da n i e1l. t weed t usi n g s treams ur faces for bladed e s i gn j .m e c h a n i c a 1enginee r i ng,19 97, 11 9 ( 4 ) ： 4-97.3汪文虎，莫苓涡轮叶片精铸模貝ca d/c am原型系统开发与应用j 航空计算技术，19 9 9,29 ( 4):4 1 6 .4周卫东，钟振龙，粟亮.模具cad/c am的发展现状及技术展望.机械制造与口动化，2 00 5,(1 2 )4 -1刘玲，丿对旭东.模具c ad/cae/cam的发展和展望j .机械研究与应用，2 0 0 4,( 3 ) ： 5-7.6 .5辛明，卜 昆，汪文虎，李大双.叶片粘铸模具设计足装配建模的一种标准件建库方法和建库工：&