模具CADCAM-软件的应用与开发现状(共6页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上模具CAD/CAM 软件的应用与开发 摘要：本文论述了我国模具行业的概况及其近年来所取得的成绩，对国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程和现状作了简单概述，最后总结出模具CAD/CAE/CAM的专业化、标准化、集成化、智能化、虚拟化、网络化的发展趋势。模具生产的工艺水平及科技含量的高低，直接影响到工业产品的发展，它在很大程度上决定着产品的质量、企业的效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力，因此模具生产的工艺水平及科技含量的高低已经成为衡量一个国家工艺水平和产品制造水平的重要标志。随着模具CAD/CAM技术的广泛使用，模具生产的工艺水平和科技含量将有质的飞跃。【关键词】模具，CAD/ CAM The Application and Development of the Model CAD/CAM【Abstract】This article discusses the general conditions and mould industry in recent years, the achievements of die &mould CAD/CAM technology development course and the present situation made simple overview, finally summarized mould CAD/CAM specialization, standardization, integration, intelligence, virtualization, networked development trend.Mold production craft level and technological content, directly affects the discretion of the development of industrial products, it largely determines the quality of the products, the efficiency of enterprises, new product development ability, which determines a country the international competitiveness of manufacturing, so the mold production craft level and technological content has become the discretion to measure a country's technical level and product manufacturing level of important symbol. As mould CAD/CAM technology extensive use, mold production craft level the content of science and technology will have a qualitative leap.【Keywords】Model, CAD/CAM 引言模具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, 使工种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。一 模具CAD/CAM 发展概况模具CAD/ CAM 的发展状况符合通用CAD/ CAM 软件的发展进程。目前通用CAD/ CAM 软件的发展现状如下:CAD 技术经历了二维平面图形设计, 交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。近年来又出现了许多先进技术, 如变量化技术、虚拟产品建模技术等。随着互联网的普及, 智能化( intelligent ) 、协同化( collaborative ) 、集成化( integrated ) 成为CAD 技术新的发展特点, 使CAD 技术得以更广泛的应用, 发展成为支持协同设计、异地设计和信息共享的网络CAD 。目前，在我国模具生产企业中，数字化设备比较齐全，模具CAD/CAM技术已经被广泛的应用，采用高速加工及RP(Rapid Prototyping)/RT(Rapid Tooling)等先进技术的企业也逐渐增多。模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都已有较大幅度的提高，热流道技术在塑料模具行业中应用比例越来越高。二 模具CAD/CAM技术的发展历程与现状模具CAD/CAM技术具体就是模具设计人员和组织模具产品制造的工艺设计人员在CAD/CAM系统的辅助下，根据模具的设计和制造程序进行设计和制造的一项新技术。目前，模具CAD/CAM技术发展很快，广泛的应用于模具生产企业。采用模具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。国外模具CAD/CAM技术的研究始于上世纪60年代，到70年代已经研制出了模具CAD/CAM的专门系统，推出了面向中小型企业的CAD/CAM的商业软件，可应用于各种类型的模具设计和制造。1973年，美国的DIE COMP公司率先研制成功PDDC连续模系统。1977年，捷克斯洛伐克金属加工工业研究所研制成功AKT冲模CAD系统。1978年，日本机械工程实验室建立ME1连续模设计系统。1979年，日本旭光学工业公司研究成功的冲空模和弯曲模PENTAX的CAD系统。1985年，日本NISSIN精密机器公司采用了冷冲模CAD/CAM系统。到80年代末，美国、日本等工业发达国家的模具生产已有近50%采用了CAD/CAM技术。 近二十多年来，随着计算机硬件的不断提升，工业发达国家的CAD/CAM技术不断创新、完善、逐步发展，已经形成一个从研究开发、生产制造到推广应用和销售服务的完整的高技术产业。国外在上世纪60年代开始开发有限元进行软件，1976年发行了第一套流动分析软件。利用CAE技术可以在模具加工前，在计算机上对整个成型过程进行模拟分析，减少甚至避免模具返修报废、提高模具质量和降低成本等。目前国外的模具CAE技术已经相当成熟，完全走向实用化阶段，并取得了显著效果。国外著名的CAE软件有NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS等。我国模具CAD/CAM技术开始于20世纪70年代末，与国外相比尚有一段距离，但目前也趋于成熟，并在模具生产企业得到广泛应用。特别是20世纪80年代后期，我国进入了CAD/CAM技术迅猛发展的时期，各大院校和科研单位不仅自主研发适合国情、专业化极强的CAD/CAM实用系统，也引进国外先进CAD/CAM，同时在国外的CAD/CAM系统之上进行二次开发。如吉林大学依托一汽对汽车覆盖件CAD/CAM系统的研究已经取得显著成效，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HMJC，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，这些CAD/CAM系统的研发促进了国内模具行业快速发展。经过这十几年的发展，我国模具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。随着有限元技术的快速发展，早在上世纪80年代，国内就有一批科研单位和高校投入有限元技术的研究、开发和应用中。在此背景下，国内相继取得了可喜的成绩，如：大连理工大学的JIFEX，郑州机械研究所的紫瑞，北京农机学院的有限元分析系统。在模具CAE方面：如湖南大学的冲压CAE系统，华中科技大学冲压成型快速分析软件FASTAMP，清华的铸造CAE分析软件FTStar，华北工学院的铸造分析软件CASTsoft等，但是与CAD/CAM系统的集成度相对较弱。三 模具行业采用模具CAD/CAM 技术的原因传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品迅速更新换代和提高质量的要求。因此国内外企业纷纷采用模具CAD/ CAM 技术。模具行业采用模具CAD/ CAM 技术的主要理由是:(1) 利用几何造型技术获得的几何模型可供后续的设计分析和数控编程等方面使用。(2) 可以缩短新产品的试制周期, 例如在汽车工业中, 可缩短模具的设计制造周期。(3) 提高产品质量的需要, 如汽车车身表面等形状, 需要利用计算机准备数据和完成随后的制造工作。(4) 模具制造厂和用户对CAD/ CAM 的需要增加。例如,利用磁盘进行数据传送, 用户要求模具制造单位能够交换信息和处理这些数据。(5) 模具加工设备的效率不断提高, 需要计算机辅助处理数据, 以提高设备利用率。(6) 在企业中建立联系各个部门的信息处理系统。四 模具CAD/CAM 技术在模具行业的应用现状模具CAD/ CAM 技术发展很快, 应用范围日益扩大。在冲模、锻模、挤压模、注射模和压铸模等方面都有比较成功的CAD/ CAM 系统。采用CAD/ CAM 技术是模具技术、生产革新化的措施, 是模具技术发展的一个显著特点。目前我国模具行业应用的模具CAD/ CAM 软件可以分为两大类: 一是机械行业内通用的的CAD/ CAM, 如前面介绍的Unigraphics (UG) 、SOLIDEDGE、AutoCAD 、SolidWorks、Pro /Engineer 等。二是专门针对模具行业开发的模具CAD/ CAM系统, 如: 上海交大模具CAD 国家工程中心开发的冷冲模CAD 系统等。(1) 国外模具CAD/ CAM 技术的应用现状工业发达国家较大的模具生产厂家在CAD/ CAM 上进行了较大的投资, 正大力开发这一技术。目前, 应用CAD/CAM 技术较普遍的为美、日、德等国。例如, 日本丰田汽车公司于1965 年将数控用于模具加工。20 世纪80 年代初期开始采用覆盖件冲模CAD/ CAM 系统。该系统包括设计覆盖件的NTDFB 和CADEIT 软件和加工凸、凹模的TINCA 软件。利用三坐标测量仪测量粘土模型, 并将数据送入计算机。将所得图形经平滑处理后, 再把这些数据用于覆盖件设计、冲模的设计与制造。该系统有较强的三维图形功能, 可在屏幕上反复修改曲面形状, 使工件在冲压成形时不致产生工艺缺陷, 从而保证了模具和工件的质量。模具型面的模型保存在数据库中,TINCA 软件可利用这些数据, 进行模具型面的数控加工。(2) 国内模具CAD/ CAM 技术的应用现状经过近几十年的发展, 在国内的模具生产中, CAD/ CAM技术已经得到广泛的应用。模具行业已引进相当数量的国外CAD/ CAM 系统, 如: Unigraphics (UG) 、SOLIDEDGE、AutoCAD 、SolidWorks、Pro / Engineer 等。并配置了运行速度快、性能高的计算机 6 。但是对于国内一些大型模具企业, 它们的CAD/ CAM 应用状况多停留在从国外购买先进的CAD/ CAM 系统和设备,但在其上进行的二次开发较少, 资源利用率低; 对于国内一些中小型模具企业, 它们的CAD/ CAM 应用很少, 有些仅停留在以计算机代替画板绘图。所以有必要改善国内模具企业的CAD/ CAM 应用状况, 使它们真正做到快速、准确地对市场做出反应, 并使制造的模具产品质量高、成本低, 即达到敏捷制造的目的。（3）模具CAD/CAM技术的标准化势在必行标准化模具 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模具CAD设计中可以随时调用，并采用GT(Group Technology，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，使典型模具结构库在参数化设计的基础上实现。数据的传递、转化成为企业之间、企业与客户之间、软件之间、软件与设备之间进行信息传递的最大障碍。在模具CAD/CAM软件系统中也存在这样的问题，为保障数据在传递、转化的过程中不丢失，建立数据转换的标准显得非常重要，这样可以模具CAD/ CAM软件系统内部的信息交流成为整体，从而真正意义上实现了模具制造信息传递的畅通。（4）模具CAD/CAM技术的集成化是必然趋势国内模具制造企业虽然也采用了CAD/CAM/CAE技术，但模具的设计尚未形成成熟的理论指导和设计体系，各类设计工具更多的表现为单一学科的软件化，其相互集成也是以软件接口实现的数据集成。模具CAD/CAM技术与GT、CE(Concurrent Engineering)、CAE、CAPP(Computer Aided Process Planning)、PDM(Product Data Management)等技术密切相连，组成一个有机的整体，建立一个统一的全局模具产品数据模型，在模具开发、模具设计中，提供全部的信息，使信息共享、交换处理和反馈，它综合了计算机技术，系统集成技术，并行技术和管理技术，最终将发展成为 CIMS(Computer Integrated Manufacture System，计算机集成制造系统)。（5）智能技术将使模具CAD/CAM技术如虎添翼模具CAD/CAM技术中的智能化是指由模具CAD/CAM软件系统和人类专家共同组成的人机一体化系统，它能再模具生产过程中进行分析、推理、判断、构思和决策等智能活动，有效地实现了人与模具设计系统的有机融合及人的智能的充分发挥。近年来，人工智能在模具 CAD/CAM 系统中的应用主要集中在知识工程的引入和模具设计专家系统开发上。目前，在模具的设计和制造过程中，在很多环节上仍然依靠模具设计人员的经验。如模具设计方案的选择、工艺流程和参数的选择、模具结构的优化等，模具CAD/CAM设计系统只是完成一些简单建模和数值计算，缺乏灵活性和可靠性。这就要求模具设计系统必须利用KBE(Knowledge-Based Engineering)技术进行深入的改造，从分发挥、利用知识库和专家系统设计出高质量的模具。在模具行业已有成功案例，如华中科技大学模具技术国家重点实验室在国产注射成型模拟软件HSCAE6.10中成功地引入了人工智能技术。（6）虚拟技术将在模具CAD/CAM得到应用虚拟制造(VM)是一种新的制造技术，它以仿真技术、信息技术、虚拟现实技术为支撑，对产品设计、工艺规划、加工制造等生产过程进行统一建模。虚拟制造技术应用于模具生产实际是模具CAD/CAM技术的集成和延伸，因此，模具工业今后推广应用虚拟制造技术，必须首先对当前应用于模具生产的各种先进设计与制造技术和方法进行全面、深入的消化吸收和推广应用。虚拟制造技术在国外模具工业中也有成功的应用。如美国的Foundry Service(FSC)公司采用虚拟制造技术对整个工艺生产过程进行仿真，并根据仿真结果更改设备参数后，成功地完成了生产系统的改造工程，节约了大量的资金。AUTODIE公司采用虚拟制造技术后，在810个月内完成一种车型的设计与制造，一年内可以接受5种车型的模具定货（7）网络化是模具CAD/CAM技术应用的重要手段、网络化敏捷制造与模具CAD/CAM技术的结合是当今模具制造业中的主流方向之一。随着信息技术、网络技术的发展，网络化制造的研究已经达到了前所未有的高度。网络化模具制造指的是：面对模具市场机遇，针对模具市场需要，利用以因特网为标志的信息高速公路，灵活而迅速地组织社会模具制造资源，快速地组合成一种超越空间概念的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体网络联盟模具制造企业，以便快速推出高质量、低成本的模具产品。此类的研究已经相当多，如东莞地区模具行业敏捷化趋势的分析与研究。由此可知模具网络化制造研究的重点的是如何有效的实现不同模具企业之间的资源共享，多种高新技术的集成，因此能集成多方面的资源，具有多种功能的网络化模具制造平台将成为网络化模具制造的技术支持工具，将使模具企业快速的应对市场的变换五 总结随着市场的国际化，竞争将愈演愈烈，短周期、高质量、长寿命的模具是模具行业和用户的追求，这必将使模具CAD/CAM技术全面深入地应用于模具行业中，同时与并行工程、精益生产、敏捷制造等多种生产模式的结合日益密切，最终使模具行业发生重大变革。在模具CAD/ CAM 的应用方面, 我国模具CAD/ CAM 的应用有了长足的发展, 模具CAD/ CAM 技术已经被广泛应用于我国企业。但总的来说, 我国目前模具行业使用CAD/ CAM 技术还存在着许多弊端, 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 软件的开发水平、商品化、市场化程度都不如发达国家。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。参考文献 1 李德群，肖祥芷. 模具CAD/CAM的发展概况及趋势J. 模具工业，2005，7：9-12.2 马颖. 模具CAD/CAM技术的发展概况J. 甘肃工业大学学报，1999，25(2)：28-32.3 刘玲，周旭东. 模具CAD/CAM的发展和展望J. 机械研究与应用，2004，17(3)：5-8.4 邱建新，李发根，李国禄. 模具工业发展趋势综述J. 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