CAD/CAM在模具设计与加工中的关键技术

CAD/CAM在模具设计与加工中的关键技术

王亚林

深圳联得自动化装备股份有限公司518000

摘要：机械工业的快速发展，对模具设计提出了要求，高效、快速、精密是其基本。现代模具设计与制造单靠以前技术经验和操作技能已不能达到基本要求了。随着信息化时代的来临，在工业设计各个领域渐渐应用CAD/CAM软件，CAD/CAM技术应用促进了模具的发展。本文就Pro/E与MasterCAM这两种软件的基础上针对CAD/CAM软件在注塑模具方面的设计与加工进行阐述。

关键词：CAD/CAM；模具设计加工；关键技术

前言：传统的模具设计离不开技术人员的经验和技能，但是这种操作已经远远跟不上当代模具设计与制造的形式，再加上随之到来的制造业信息化时代，更加快了现代制造技术的快速发展，为了满足时代发展的需要，CAD/CAM软件被广泛应用在工业设计的领域，所以模具的设计与加工技术也就离不开CAD/CAM软件技术。CAD/CAM一体化技术也在不断被认可，它使模具的设计和制造更加方便快捷。

1概述

1.1CAD概述

CAD：计算机辅助设计，是ComputerAidedDesign的缩写。即由计算机帮助工程设计人员进行设计，主要服务与机械、电子、宇航、建筑、纺织、化工等产品的总体设计、造型设计、工艺过程设计等环节。一个完善的CAD系统，应包括交互式图形程序库、工程数据库和应用程序库。借助CAD技术对产品或工程的设计，可以大大缩短设计周期，提高设计效率，节省人力物力。

1.2CAM概述

CAM：计算机辅助制造。是ComputerAidedMaking的缩写。CAM的核心是计算机数值控制（简称数控），是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。此后发展了一系列的数控机床，包括称为“加工中心”的多功能机床，能从刀库中自动换刀和自动转换。

2CAD/CAM软件绘图的优势

利用CAD/CAM系统不仅能够绘制模具断面几何形状，还能计算断面周长、中心等，且计算精确性较高。利用CAD程序能够准确设定几何尺寸，减少时间成本，且对制作者技术要求较低。相较于手工绘图，该绘图方式能够缩减一半以上的绘图时间，并且节省图纸修改时间和材料；利用该程序，可以对已有图纸进行修改，如果客户需要绘制新的图纸，设计者可以选择相似图纸进行修改，降低了设计难度和时间。另外，该系统程序还能够及时检查出图形中的错误以及部件装配准确性，一方面，利用该系统软件可以明确图形尺寸，确保图形清晰度，且容易读取，在很大程度上避免误差出现；另一方面，利用该技术软件可以减少尺寸公差问题，肉眼即可辨别，软件会为用户展示外观截面图，让用户更加直观地了解模型形状和各项参数，且此类软件可以存储大量图纸，可随时删除。

型材断面绘制完成后，可以利用CAD/CAM系统加工型材，形成机床工具路线，并进行数控模具制造。在这个过程中，利用电火花线切割机对线路进行加工，并利用计算机数据库增加几何图形准确性。

3模具设计与加工的常用流程

本文以注塑模具为例对Pro/E及Mastercam模具设计与制造加以分析，流程主要包括两方面：计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造CAM。而CAD部分又可以简单的划分为：三维建模、模型检测与分析和模具组件的设计等三方面。CAM软件技术主要有：加工操作环境的设定、相关工艺参数与刀具的分析和设定、处理相关文件及加工。注塑模具与Pro/E之间包括三个主要模块：模具设计和模座设计模块以及塑料顾问模块。设计模具的零部件和组件主要使用模具设计模块，该模块的功能主要包括：对注射零件的收缩率加以设置；设计模具方案；设计模具的型芯、型腔以及滑块、相关模具零件；将标准元件添加进模具组件中；对注射流道、水道进行设计；进行模具分模检查及开模仿真，以便发现模具元件在开模时是否与其他模具元件发生相互干涉，以确认模具在分模过程中能否正常开模。创建模型是设计模具的基础，我们必须先在Pro/E环境下拉伸、切除、抽壳以及拔模时实现模型的创建工作。进而以模型为基础实现在模具设计模块（Pro/MOLDESIGN）的基础上创建、修改以及模具元件和组件的分析。为了有效优化设计模块，我们一般分析和模拟塑料顾问模块对产品与模具之间的数值，通过分析我们可以得到相关的设计缺陷，并改进相应的模具结构与工艺参数。在此前提下，我们利用相应的模具通过CAM软件生成数控代码并进行加工。

4模具设计与加工中的关键技术

4.1模具设计中建模方法的灵活运用

通过Pro/E可以用2种方法设计模架及其组件。第一种方法是基于Pro/E的模具设计EMX（注塑模具设计专家）进行模具设计。EMX是Pro/E提供的一个基于知识库的模架装配插件，通过该模块可以进行模架组件的创建，它提供了多种品牌的标准框架组件，通过定义不同元件的尺寸就可以生成模架组件，方便了零件的装配和修改，从而节省设计时间和费用。第二种方法通过参数化方法设计模具组件。当需要对模具库进行扩充或者设计非标准模具组件时，参数化建模方法提供了很大的方便。PRO/E的PRO/PROGRAM模块提供了基于零件和组件模型的程序列表编程技术，以便用户进行零件和组件的参数化设计。PRO/E提供的程序编辑功能，使产品设计的更加灵活，能在较短时间内建立不同版本的产品，方便了产品零件库的建立。在零件模块下，PRO/E提供的PROGREM具有设置输入提示句，方便用户根据提示输入特定的参数值；能够生成不同版本的零件；通过关系式建立尺寸之间的关系；通过IF－ELSE语句运用，让PRO/E能够根据条件自动判断等功能。利用该模块编制参数化设计程序比较简单，在系统自动创建的程序列表基础上只需添加少量代码，就可以实现三维模型的参数化设计功能。但是由于PRO/PROGRAM模块提供的语句较少，要设计功能强大一些的程序时需要采用更高级的程序设计技术，如PRO/TOOLKIT等。另外，模型的构建流程对程序的编写有很大的影响，一个零件的创建可以有多种方法，如果构建流程不合理，可能会带来零件的不能重生。所以在建模过程中尽量让重要尺寸用单独的特征来表示，不要一次建立很多个尺寸特征，这虽然建模的时候很快，但给后续工作带来很多麻烦。

4.2模具加工仿真中的主要技术

随着数控技术的不断发展，对模具加工的精度要求也越来越高。CAD/CAM的无缝衔接缩短了周期，提高了自动化程度。分析和设计模具后，生成数控程序，最终控制数控机床加工。NC模块是Pro/E自身携带的，可以通过工艺参数、毛坯设置、切削参数设置、并模拟刀具真实路径来生成数控代码。由于Pro/E在加工中复杂的参数设置，但实体参数化造型功能、模具设计很强；在模具设计、产品造型方面远超于MasterCAM，但MasterCAM可以很方便进行数控加工。因此，在当前数控加工、模具行业的工作模式中，模具设计应用Pro/E软件、数控加工则应用MasterCAM软件。下面是在MasterCAM下，应用Pro/E模具设计操作流程：

1.转换数据格式

文件格式DWG，SAT，DXF，IGES，DWG等可在MasterCAM读提取。而普遍都应用IGES作为数据交换的标准；因此模具设计在Pro/E中设计好后，就要以IGES格式来保存文件。再将Mastercam9.0系统中的[Mill9]模块启动，将坐标操作成同一种坐标，点击档案中的档案转换中的IGES命令，文件转入IG-ES格式。

2.加工工艺分析

外形复杂的粗加工刀具路径、加工坯料、规划外形加工刀具路径、确定刀点等统称工艺分析。

3.加工模拟、数控代码生成

设置工艺参数完后，进行模拟加工（选择“刀具路径”主菜单，点里面的“实体验证”功能）。

5结语

CAD/CAM技术的引入和逐渐普及大幅提高了模具设计质量，并将设计周期大幅压缩。随着各种复杂零部件的出现，将逐渐CAD/CAM技术一体化的速度，更便于模具设计和制造。我们需要通过实践不断研究和总结CAD/CAM及时，使其更好的服务于模具设计和制造工作。

参考文献：

[1]基于CAD/CAM模具设计与制造的研究[J].任玉珠.制造业自动化.2011（10）

[2]DFTL：一种用于数据格式转换的描述语言[J].张建华.西安科技大学学报.2010（04）

[3]Pro/E与MasterCAM的数据转换实践[J].朱年华，曹文成.中国制造业信息化.2010（19）

[4]模具CAD/CAE/CAM的发展概况及趋势[J].李德群，肖祥芷.模具工业.2005（07）

[5]国产数控机床的技术现状与对策[J].赵万华，张星，吕盾，张俊.航空制造技术.2016（09）