模具制造与加工应用中的CAD技术应用

李万虎

中图分类号：G637.5 文獻标识码：A 文章编号：1672-8882（2015）05-102-01

我国在上世纪70年代末开始对模具CAD系统进行开发，起步较晚，与工业发达国家的差距较大。目前，我国研发的CAD系统主要有：精密冲模CAD系统，北京机电研究院研发的冲截模CAD系统，华中科技大学研发的冷冲模CAD系统以及上海交通大学研发的冷冲模CAD系统，除此之外，西安交通大学、清华大学、浙江大学等在模具CAD系统研制方面也取得较多的成果。目前CAD技术在我国模具工业中推广与应用还存在着不少问题例如1CAD技术应用的集成化程度低，许多企业仍然停留在NC编程、绘图等的应用上。2CAD系统大部分需要依靠进口。3）应用技术和设备的缺乏导致很多些企业引进的CAD系统没能充分发挥其功效。由于我国对CAD技术的重视程度提高以及汽车等工业的发展迅猛，SCAD技术的研发、推广与应用提供了良好的条件。

在零件的加工过程中，把零件的形状、尺寸、加工步骤、工艺参形式的代码，将这些代码输入数控机床的控制系统中，这些代码经过理后驱动伺服系统来控制机床工作，自动对零件进行加工。三维真实感流动模拟技术虽然具有很多优势，但是也存在一些缺陷。由于采用一维有限差分和二维有限元的稱合，不能兼顾到液态塑料在厚度方向上流动的速度，因此不能分析成型过程中的微观表现，比如液态塑料前沿的推进方式和流动形态。然而直接利用塑了件三维实体的基本信息来生成立体的三维流动模拟技术，用生成的三维立体网格直接进行有限元计算，并且分析的结果能直接在三维实体上显示出来。

随着电子技术的不断发展，数控技术由以前的硬件数控发展到了计算机控制。采用计算机控制，不仅提高了数控机床的加工精度，而且拓展了数控技术的应用范围。随着对数控加工技术不断的研究与完善，各种通用及专用的CAD系统不断被研发出来，目前数控技术以及CAD系统在模具设计与加工领域中起着不可替代作用。在模具加工过程中，利用数加工控技术可明显缩短模具制造周期，提高模具制造加工精度以及降低成本。数控铣是在模具数控加工中最常用的加工方法。数控编程是指从零件形状和尺寸到得到加工程序的整个过程。数控编程的的任务主要是计算加工走刀过程中的刀位点。一般来说，取刀具表面的交点与刀具轴线作为刀位点，如果是在多轴加工中需要给出刀轴矢量。数控编程过程是目前CAD / CAPP / CAM系统中最能体现效益的环节之一，它在实现提高加工质量和加工精度、加工自动化、缩短产品研发周期等这些方面发挥着非常重要的作用。在汽车工业、航空工业等诸多领域都有着广泛的应用

我国“十二五”规划中对模具工业发展提出了明确目标：模具的加工精度达到士0.001mm；生产周期缩短30%；机床数控使用率提高一倍；复杂、精密、大型等模具制作的比例提高到10%。为了实现上述目标，对模具加工技术提出了跟高的要求。作为模具加工的重要技术——数控加工技术在近年来也取得了较大的发展。德国DMG公司研发的DMG50 EVO linear五轴联动加工中心，使x轴的移动达到了80m/min，主轴转速18000r/min，其加速度达到了lOm/s2。日本森精机制作所研制的NV4000 DCG高精度立式加工中心主轴转速也达到了2000r/rain。另外，瑞士，美国，西班牙，台湾等相关公司也相继研制出了各类先进设备我国沈阳机床集团、华中数控、广州数控等企业先后研制了大量的先进设备，比如北京机床所精密机电有限公司研制的M1000-3V高精度立式加工中心主轴转速达到12000r/rain，换刀时间1. 5s/（T-T），ATC刀具数为24，并且该加工中心各轴的定位精度达到0.008mm，重复定位精度达到了0.004mm。就设备而言，数控统床、加工中心等正向高精、高速、复合、柔性化、智能等方向发展。我国此类设备比发达国家相比还有一定的差距，许多高精密设备仍需进口。

CAD是近20年以来在工业上快速发展的计算机应用技术，CAD技术的推广与应用，导致了制造业的技术革命，极大地改变了产人们设计和制造方式和手段。CAD技术在模具制造业中广泛应用，大大地提高了生产效率，改善了产品质量，降低了成本以及减轻了劳动强度。由于跟传统方法相比，模具CAD技术应用拥有无法比拟的优越性，因此越来越多的模具企业对CAD技术的研发与应用开始重视”

比如，1964年美国通用公司就研发出了一款车身CAD系统，1966年英国PSF公司采用CAD系统实现了汽车车身制造一体化技术的改革；1973年前后美国DIECOMP公司研制的PDDC连续模CAD系统，可以根据产品类型选择模具的结构形式，极大地方便了凸模、模架和模芯等的设计工作。该系统的应用不仅提高了产品质量，而且缩短了模具的设计周期，设计一套模具的周期由原来的8周缩短至2周。1977年，捷克研发成功的AKT系统，适用于各类简单、复合以及连续冲截模的设计与制造，使用该系统可降低一半的成本，时间有一个月缩至八天；日本在1978年研发的MEL系统和1979年研制的PENTAX系统，能提高4一 10倍的设计效率；1985年由日本日新精密机器公司研发改进的模具CAD系统可进行自动数控编程，并且对其软件进行能二次开发。

在模具的设计与数控加工过程中，特别是针对复杂、高精密模具的设计与制作过程中，如何在提高模具质量的基础上，提高设计与加工效率、降低成本。本课题以热水器视窗盖为例进行模具CAD在实际生产中的应用研究，并通过生产实践来证明，在材料、设备、加工策略不变的情况下，使用模具CAD来提高加工精度和工作效率。 运用CAD对复杂、高精密模具进行设计；用Delcam软件的编程模块PowerMILL对加工过程进行仿真验证，根据仿真结果选取出合适的程序与参数，进行实际生产。在现代模具制造过程中，对采用CAD技术进行模具设计和数控加工过程的优化，能显著地提高模具加工质量与模具加工效率。在本文中，根据模具设计与制造的理论与实际生产情况，结合先进的CAD技术，探讨提高模具设计和数控加工质量和效率的措施，并为实际生产提供相应的依据，具有一定的实际意义。