第十一章 模具CADCAM中的新技术

1、第十章 模具CAD/CAM中的新技术,10.1 逆向工程（RE）与数控测量技术,在新产品的开发过程中可能经常遇到以下情况： 1 用户有时给出实物模型，例如粘土或泡沫塑料造型。或产品仿制只有实物模型。 2 有可能CAD模型好看，但实际生产出的产品不好看，需要进行实物造型并修改。 3 对复杂曲面或艺术模型，CAD造型困难。,解决以上问题需要用到一项新的技术逆向工程技术。 逆向工程（RE）是从实物模型到CAD模型的技术。,逆向工程分两个步骤，模型数据采集和曲面重建。 模型数据采集 由计算机控制三坐标测量仪对实物模型表面捎描，记录下实物表面特征点的坐标，并存储为数据文件。 曲面重建 由软件读入点坐标，

2、自动生成特征曲线和光滑曲面，从而生成CAD模型，以便于后续的CAE及CAM工作。,三坐标数控测量仪：,三坐标数控测量仪是一种以精密机械为基础，综合应用电子技术、计算机技术、光栅与激光干涉技术等先进技术的检测仪器。 它由测量机主体、测量系统、控制系统和数据处理系统组成。,三坐标数控测量仪,三坐标数控测量仪,三坐标数控测量 机常见结构形式,测头是测量系统主要部件 测头有：机械接触式测头、电气接触式测头和光学非接触式测头等。激光测头测量精度最高，其次是光学衍射式测头，机械接触式测头测量精度较差。 按测量精度可分为两类：一类是精密型，一般放在有恒温条件的计量室，用于精密测量，分辨力一般为0.5m2m；

3、另一类为生产型，一般放在生产车间，用于生产过程测量，分辨率一般为510m。,逆向工程的应用：,1、新产品的开发和产品的改型设计； 2、产品仿制； 3、质量检验； 4、快速零件原型制造。,课本150页,10.2 快速成型技术,在新产品的开发过程中，为了使设计者能很快的对新产品进行设计评价、功能验证、可制造性、可装配性验证等，一般需要进行产品的单件生产，实际装配，以进行外形、功能等各方面的检测，及时发现问题；或新产品需要生产非功能性样件。在此要求下，于80年代后期发展起来快速成型(RP)技术。,快速成型(Rapid Prototyping简称RP)技术是从CAD模型到实物模型的技术 快速成型技术是

4、在计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机数字控制、激光技术和新材料的基础上发展起来的一种新的制造技术。,Rp技术原理：,Rp技术的成型原理与传统成型（如去除成型、受迫成型）方法不同，它采用材料增长的方法进行零件成型。,RP具体的方法是：,依据零件的三维CAD模型，在高度方向上对CAD模型进行离散化，得到各层截面的二维轮廓形状。然后在RPM成型设备上，顺序加工各片层，并按序层层结合，快速堆积制作出所要求的三维实体零件。,液态光敏树脂选择性固化SLA(StereoLithographyApparatus),堆积成型过程具体是通过采用黏结、熔结、聚合作用或化学反应等手段，逐层地或固化树脂、或切割薄片

5、、或烧结粉末、或材料熔覆、或材料喷洒等方式来实现的。,RPM技术经过近20多年的发展，已有多种成熟的RPM技术用于实际生产，可以加工多种非金属和金属材料。其中最典型的有以下几种： 液态光敏树脂选择性固化 丝状材料选择性熔覆 薄型材料选择性切削 粉末材料选择性烧结,从各种RPM技术的过程都包括CAD模型建立、前处理(如生成STL文件格式，将模型分层切片等)、快速原型制作和后处理(如去除支架、清理表面、固化处理等)等四个步骤。,快速成型技术与传统方法相比具有独特的优越性:,（1）产品制造过程几乎与零件的复杂性无关（ “分层制造，逐层叠加” ），可实现自由制造，这是传统方法无法比拟的。 （2）产品的

6、单价几乎与批量无关（不需准备任何刀具、模具及工装夹具），特别适合于新产品的开发和单件小批量零件生产。 （3）由于采用非接触加工的方式，没有工具更换和磨损之类的问题，可做到无人值守，无需机加工方面的专门知识就可操作。,快速成型技术与传统方法相比具有独特的优越性:,（4）无切割、噪音和振动等，有利于环保。 （5）整个生产过程自动进行，与CAD模型具有直接的关联，所见即所得，可随时修改，随时制造。 （6）与传统方法结合，可实现快速铸造，快速模具制造，小批量零件生产等功能，为传统制造方法注入新的活力。,10.3 高速加工（HSM）技术,高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速

7、度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。,高速加工主要特征是： 高的切削速度 高的进给速度 高的加工质量 其加工效率比传统的切削加工要高几倍，甚至十几倍。,高速加工是一个系统工程，它需要各个方面的配合以形成完整的高速切削工艺，如数控机床、切削刀具、冷却润滑介质和CAD/CAM系统等等。,1976年美国的Vought公司研制了一台高速铣床，最高转速达到了20000rpm。 现在高速机床从单一的高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床、磨床乃至各种高速加工中心等。 日本日立精机的HG400III型加工中心主轴最高转速达3600040000r/min，工作台快速移动速度为3640m/min

8、。采用直线电机的美国Ingersoll公司的HVM800型高速加工中心进给移动速度为60m/min。,高速加工（HSM）的优点如下：,（1）高速加工提高了模具加工的速度 对于精加工，从材料去除速度而言，高速加工比一般加工快四倍以上。 （2）高速加工可获得高质量的加工表面 因高速精加工采取了极小的进给量与切深，故可获得很高的表面质量，有时甚至可以省去钳工修光的工序。,（3）简化了加工工序 传统铣削加工只能在淬火之前进行，淬火造成的变形必须要经手工修整或采用电加工最终成形。现在则可以通过高速加工完成，省去了电极材料、电极加工编程及加工，以及电加工过程所需所有费用。 节省了部分加工或手工修整工艺。减

9、少人工修光时间，工艺得到简化 。,（4）使模具修复过程变得更加方便 模具在使用过程中往往需要多次修复，以延长使用寿命，过去主要是靠电加工来完成，如果采用高速加工可以更快地完成该工作，而且可使用原NC程序，无需重新编制，能做到加工精确无误 。,10.4虚拟制造技术,虚拟制造技术 以计算机仿真技术为前提，对产品的设计、制造、生产过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用等整个生命周期的模拟和仿真。,目的：,在产品的设计阶段就预测出产品性能和产品制造技术，可制造性，从而更有效、更经济、更柔性灵活的组织生产，优化产品的设计质量和制造过程，优化生产管理和资源规划，以达到产品开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化和生产效率最高化,虚拟制造技术按其功能可划分为：,1产品的虚拟设计技术。面向产品的原理、结构和性能的设计、分析、模拟和评测。虚拟设计以优化产品的性能、成本为目标。 2产品的虚