模具的發(fā)展和模具文獻(xiàn)綜述

1、模具的發(fā)展和模具cad/cae/cam10721470151 喻奇林摘要: 本文就cad/cae/cam技術(shù)的定義、功能、模具cad/cae/cam技術(shù)優(yōu)越性、組成、發(fā)展現(xiàn)狀等進(jìn)行了分析,綜述了國(guó)內(nèi)外模具cad/cae/cam技術(shù)的發(fā)展概況，指出了模具設(shè)計(jì)過(guò)程的規(guī)范化、設(shè)計(jì)方法的算法化及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)將是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵所在；闡明了幾何造型在模具cad/cae/cam過(guò)程中的重要性，它將為整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程提供完整的原始設(shè)計(jì)信息。 關(guān)鍵詞：模具 cad/cae/cam 發(fā)展 技術(shù)abstract: the cad/cae/cam technology definition of the die c

2、ad/cae/cam technical advantages of the status quo, and development made an analytical review and die cad/cae/cam of technology survey indicates the die design of the normalization process, design and structure of the data reasonable design would be the technology crucial ；the geometric shape is die

3、cad/cae/cam process of importance for the design process the entire original design information.keywords: mold cad/cae/cam development technology1現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)與制造已步入信息化時(shí)代改革開放30多年來(lái),中國(guó)模具生產(chǎn)作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)有了翻天覆地的變化。這種變化主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:產(chǎn)能變化、生產(chǎn)方式變化、技術(shù)革命。大多數(shù)人看到的是中國(guó)模具產(chǎn)業(yè)作為一個(gè)行業(yè)的從無(wú)到有、從小到大、從拾漏補(bǔ)缺到成為主力,以及模具需求和產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)變化。但更重要的是生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和技術(shù)

4、革命。后兩種變化是一種更加深刻、更加根本性的變化。生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變主要體現(xiàn)在,從過(guò)去傳統(tǒng)的小而全的后方車間、作坊式的生產(chǎn),轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨仁袌?chǎng)專業(yè)協(xié)作的大規(guī)模生產(chǎn)方式;從完全非標(biāo)生產(chǎn)到相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化和準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。模具生產(chǎn)技術(shù)革命,濃縮到一點(diǎn)就是企業(yè)信息化也就是數(shù)字化制造和信息化管理。20世紀(jì)80年代前,很多模具是靠鉗工用手打磨出來(lái)的;90年代,由于引入了數(shù)控加工機(jī)床、edm等較先進(jìn)的設(shè)備,大大地提高了模具的生產(chǎn)工藝水平,生產(chǎn)周期及模具的品質(zhì)也有了很大的縮短和改進(jìn)。高精度加工己經(jīng)把工人從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)。另一方面,cad/cam/cae等計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在模具行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用,模具的設(shè)計(jì)及數(shù)控

5、加工水平有了很大的提高,cad/cam/cae軟件對(duì)于模具技術(shù)人員的工作效率和設(shè)計(jì)的可靠性已經(jīng)有了很大的提高。目前各模具企業(yè)又面臨著一個(gè)新的課題,如何把企業(yè)管理也同樣從煩瑣的事務(wù)中解放出來(lái),讓信息化管理為企業(yè)的生產(chǎn)效率提升作出貢獻(xiàn)。所以模具企業(yè)管理的信息化己經(jīng)成為模具行業(yè)發(fā)展和進(jìn)步的必然趨勢(shì)。模具生產(chǎn)是單件訂單式生產(chǎn),在管理信息化中有其強(qiáng)烈的特殊性。設(shè)計(jì)是制造的一部分,工藝設(shè)計(jì)不充分,設(shè)計(jì)與工藝信息可直接重復(fù)利用價(jià)值不大。因此,根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)把握全面信息化管理與實(shí)用、簡(jiǎn)化管理的平衡點(diǎn),是信息化的關(guān)鍵。這就造成很難照搬成熟的管理軟件。例如汽車模具企業(yè)沒(méi)有傳統(tǒng)意義上的原材料,倉(cāng)庫(kù)管理等等。購(gòu)置的

6、都是部件與部件的半成品,不存在入庫(kù)出庫(kù)過(guò)程,制造費(fèi)用的攤銷每個(gè)企業(yè)也是都不一樣。又比如成本核算更應(yīng)該采用項(xiàng)目管理的辦法,而不是采用一般加工制造業(yè)的辦法,什么pdm、erp等軟件不經(jīng)過(guò)徹底的改造是完全不適應(yīng)的。2現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)的cad/cae技術(shù)的應(yīng)用 模具設(shè)計(jì)是隨工業(yè)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸與尺寸精度、表面質(zhì)量要求以及其成型工藝條件的變化而變化的,所以每副模具都必須進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括產(chǎn)品零件(常稱為制件)成型工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)與力學(xué)計(jì)算和尺寸與尺寸精度確定與設(shè)計(jì)等,因此模具設(shè)計(jì)常分為制件工藝分析與設(shè)計(jì)、模具總體方案設(shè)計(jì)、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)四個(gè)階段。cad/cae,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔

7、助工程,它包括概念設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助繪圖和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過(guò)程管理等。應(yīng)用cad技術(shù)可以設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的大體結(jié)構(gòu),再通過(guò)cae技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、可行性評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用模具cad/cae集成技術(shù)后,制件一般不需要再進(jìn)行原型試驗(yàn),采用幾何造型技術(shù),制件的形狀能精確、逼真地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上,有限元分析程序可以對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)。借助于計(jì)算機(jī),自動(dòng)繪圖代替了人工繪圖,自動(dòng)檢索代替了手冊(cè)查閱,快速分析代替了手工計(jì)算,使模具設(shè)計(jì)師能從繁瑣的繪圖和計(jì)算中解放出來(lái),集中精力從事諸如方案構(gòu)思和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等創(chuàng)造性的工作。在模具投產(chǎn)之前,cae軟件可以預(yù)測(cè)模具結(jié)構(gòu)有關(guān)參數(shù)的正確性。當(dāng)

8、今的概念設(shè)計(jì)已不僅僅是停留在對(duì)外觀和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上,它已經(jīng)擴(kuò)展到對(duì)模具結(jié)構(gòu)分析的領(lǐng)域。對(duì)于運(yùn)用cad技術(shù)設(shè)計(jì)出的模具,可運(yùn)用先進(jìn)的cae軟件(尤其是有限元軟件)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、抗沖擊實(shí)驗(yàn)?zāi)M、跌落實(shí)驗(yàn)?zāi)M、散熱能力、疲勞和蠕變等分析。通過(guò)這些分析,可以檢驗(yàn)前面的概念性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理,分析出結(jié)構(gòu)不合理的原因和部位,然后再在cad軟件中進(jìn)行相應(yīng)的修改。修改后再在cae中進(jìn)行各種性能的檢測(cè),最終確定滿足要求的模具結(jié)構(gòu)。 當(dāng)今cad技術(shù)的發(fā)展使得概念設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)在相應(yīng)的模塊中。概念設(shè)計(jì)不再只是設(shè)計(jì)師的思維,系統(tǒng)模塊也融合了一般的概念設(shè)計(jì)理念和方法。目前,世界上大型的cad/cae軟件系統(tǒng),如pro

9、/engineer、ug、solidworke、alias等,都提供了有關(guān)產(chǎn)品早期設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模塊,我們稱之為工業(yè)設(shè)計(jì)模塊或概念設(shè)計(jì)模塊。例如,pro/engineer就包含一個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)模塊prodesign,用于支持自上而下的投影設(shè)計(jì),以及在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所包含的許多復(fù)雜任務(wù)的自動(dòng)設(shè)計(jì)。此模塊工具包括概念設(shè)計(jì)的二維非參數(shù)化的裝配布局編輯器。這些系統(tǒng)模塊的應(yīng)用大大減少了設(shè)計(jì)師的工作量,節(jié)約了工作時(shí)間,提高了工作效率,使設(shè)計(jì)師把更多的精力用在新產(chǎn)品的開發(fā)及創(chuàng)新上。 3現(xiàn)代模具制造的cad/cae/cam技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,推動(dòng)了我國(guó)模具工業(yè)的前進(jìn)。cad/cae/cam技術(shù)的日臻完善和在模

10、具制造上的應(yīng)用,使其在現(xiàn)代模具的制造中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用,cad/cae/cam技術(shù)已成為現(xiàn)代模具的制造的必然趨勢(shì)。 (1) cad/cae/cam計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、模擬與制造一體化,cad/cae/cam一體化集成技術(shù)是現(xiàn)代模具制造中最先進(jìn)、最合理的生產(chǎn)方式。使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助工程與制造系統(tǒng),按設(shè)計(jì)好的模具零件分別編制該零件的數(shù)控加工程序是從設(shè)計(jì)到制造的一個(gè)必然過(guò)程。在具有現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)制造能力的工廠內(nèi),該過(guò)程都是在cad/cae/cam系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的,其加工程序直接由聯(lián)機(jī)電纜輸入加工機(jī)臺(tái),在編制程序時(shí)可利用系統(tǒng)中的加工模擬功能進(jìn)行細(xì)致的模擬,將零件,刀具、刀柄、夾具,平臺(tái)及刀具移動(dòng)速度、

11、路徑等顯示出來(lái),以便觀察整個(gè)模具零件的切削過(guò)程和前后的形狀,進(jìn)而檢查程序編制的正確性,這對(duì)于復(fù)雜的多曲面的模具零件尤為重要。 (2) 模具的零部件除了有高精度的幾何要求外,其形位精度要求也較高,一般的量具是很難達(dá)到理想的目的的,這時(shí)就要依賴精密零件測(cè)量系統(tǒng)。這種精密零件測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)稱cmm,即coordinate measuring maching,是數(shù)控加工中心的一種變形。它的測(cè)量精度可達(dá)0.25m,其測(cè)量工件的方式如下:將經(jīng)由cad/cam系統(tǒng)或cmm專用軟件所產(chǎn)生的零件數(shù)據(jù)選送至cmm的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)置后,即按照所給出的數(shù)據(jù)去測(cè)量工件,將所得結(jié)果與原始數(shù)據(jù)比較,得出工件加工后的誤

12、差。如果原始數(shù)據(jù)是從設(shè)計(jì)圖紙得來(lái)的,則可直接將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)送入cmm專用軟件,然后進(jìn)行測(cè)量,將取得的加工誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析,以判斷工件的加工質(zhì)量。如果檢測(cè)的不是單個(gè)零件而是若干個(gè)零件的組件,則由各零件的誤差積累而導(dǎo)致總偏差被顯示出來(lái)。(3) 現(xiàn)代模具制造的必然趨勢(shì),就是用機(jī)械加工盡可能地取代人工加工。這就確定了先進(jìn)設(shè)備在現(xiàn)代制造中的作用,尤其現(xiàn)在加工中心、數(shù)控高速成型銑床、數(shù)控銑床、數(shù)控車床、多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床、數(shù)控模具雕刻機(jī)、電火花加工機(jī)床、數(shù)控精密磨床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、掃描儀等現(xiàn)代化設(shè)備在工廠中的廣泛使用。而且這些設(shè)備大部分所用的程序基本上都是應(yīng)用cad/cae/cam系統(tǒng)產(chǎn)生的。機(jī)臺(tái)與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī),

13、加工程序是通過(guò)聯(lián)機(jī)電纜輸入機(jī)臺(tái)的。操作人員按照規(guī)定的程序裝夾工件,配備刀具和操作,機(jī)臺(tái)就能自動(dòng)地完成該機(jī)臺(tái)上應(yīng)該完成的加工任務(wù),并將理想的模具零件制造出來(lái)或?yàn)橄乱患庸すば蛲瓿梢?guī)定的部分。操作人員的熟練程度和情緒變化基本不影響加工質(zhì)量和加工效益,這也是現(xiàn)代模具加工優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械加工的一個(gè)方面。 總之,cad/cae/cam集成技術(shù)就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的,它已成為現(xiàn)代模具制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì),并以科學(xué)合理的方法給模具制造者提供了一種行之有效的輔助工具。該技術(shù)可使模具制造者在模具制造之前能借助于計(jì)算機(jī)對(duì)制件、模具結(jié)構(gòu)、加工、成本等進(jìn)行反復(fù)修改和優(yōu)化,直至獲得最佳結(jié)果。參考文獻(xiàn)1 李德群，肖祥芷。

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