第一章現(xiàn)代模具技術(shù)概論20110831

1、第一章 現(xiàn)代模具技術(shù)概論模具計算機輔助設(shè)計，簡稱模具CAD（Computer Aided Design）；模具計算機輔助工程，簡稱模具CAE（Computer Aided Engineering）；模具計算機輔助制造，簡稱模具CAM（Computer Aided Manufacturing）?？v觀國內(nèi)外模具工業(yè)的發(fā)展，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)是現(xiàn)代模具技術(shù)最重要的組成部分，同時也是改造傳統(tǒng)模具技術(shù)的關(guān)鍵。模具CAD/CAE/CAM的一體化及軟件的宜人化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代模具技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。本章重點介紹現(xiàn)代模具技術(shù)的概念和CAD/CAE/CAM系統(tǒng)集成的相關(guān)知識。1.1 現(xiàn)

2、代模具技術(shù)發(fā)展概述在現(xiàn)代機械制造業(yè)中，模具行業(yè)為許多行業(yè)起著強有力的支撐作用。隨著DMC2010（第十三屆中國國際模具技術(shù)和設(shè)備展覽會）的召開，許多現(xiàn)代模具的新產(chǎn)品和新技術(shù)得以宣傳并得到廣泛的應(yīng)用。特別是在汽車、家電行業(yè)、航天航空領(lǐng)域，甚至IT、醫(yī)療器械、軌道交通等電子專用裝備及新興產(chǎn)業(yè)配套領(lǐng)域，現(xiàn)代模具技術(shù)更是起著舉足輕重的作用。模具制造能力的強弱和水平的高低是衡量一個國家機械制造水平的重要標志之一。國內(nèi)模具工業(yè)發(fā)展概述1. 中國模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀20世紀80年代以來，中國模具工業(yè)迅速發(fā)展，國家也投入數(shù)千萬元的研發(fā)經(jīng)費，形成近百項技術(shù)成果。目前，中國國內(nèi)共有模具生產(chǎn)企業(yè)（廠、點）約3萬多個，

3、從業(yè)人員近100萬人，全球模具產(chǎn)量達1000億元人民幣。中國模具工業(yè)在國民GDP的比重也呈逐年增加的趨勢，具體情況見表1.1。表1.1 中國模具工業(yè)進出口情況年 份生產(chǎn)廠家產(chǎn) 值（億元）進口模具（億美元）出口模具（億美元）2000170002809.771.7420011700031011.121.8820021700036012.722.5220032000045013.693.3720042000053018.134.9120053000061020.687.3820063000071020.4710.4120073000072020.5314.1320083000095020.419.2

4、220093000098019.618.432010（4月底）3000010002019在現(xiàn)代模具工業(yè)總產(chǎn)值中，沖壓模約占37%，塑料模約占43%，鑄造模（包含壓鑄模）約為10%，鍛模、輪胎模、玻璃模等其他類模具約占10%，如圖1.1所示。與工業(yè)發(fā)達國家的模具類別比例基本一致。塑料模 43%鑄造模 10%其他模具 10%沖壓模 37%圖1.1我國模具比例分配模具具體生產(chǎn)狀況如下。1） 沖模（Stamping Die）使金屬或非金屬板材或型材分離、成形或接合而得到制件的工藝裝備稱為沖模。在整個機電產(chǎn)品制造中沖壓工藝應(yīng)用非常廣泛，而沖模是實現(xiàn)沖壓工藝最主要工藝裝備。因此，沖模在機械制造業(yè)中占有重要

5、的地位。近年來多工位級進模和多功能模具發(fā)展十分迅速，特別是精沖技術(shù)及精沖模具CAD系統(tǒng)的研究成為沖壓技術(shù)一個新的發(fā)展領(lǐng)域。沖模的生產(chǎn)過程包括從原材料通過鑄造、鍛造、切削加工和特種加工等加工成設(shè)計圖樣所要求的沖模零件，再按設(shè)計、工藝規(guī)程的技術(shù)要求，將沖模零件裝配成模具的過程。其中精沖具有優(yōu)質(zhì)、高效及低消耗的特點，在鐘表、儀器儀表、精密機械、摩托車和汽車等現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。圖1.2為通過沖模得到的典型的沖模產(chǎn)品實體零件。圖1.2 典型的沖模產(chǎn)品提高沖模技術(shù)水平可從兩個方面入手，一方面是提高所體現(xiàn)的沖壓工藝水平，開發(fā)沖壓新工藝；另一方面是通過采用計算機技術(shù)（沖模CAD、CAE、CAM技術(shù)）

6、和先進制造技術(shù)（數(shù)控多軸聯(lián)動加工中心、CNC高精度電火花和線切割加工、CNC點位坐標鏜、坐標磨和連續(xù)軌跡坐標磨等）提高沖模設(shè)計和制造的水平。目前，基于變異模板的三維冷沖模CAD系統(tǒng)的研制成功，在全面系統(tǒng)地總結(jié)汽車配件冷沖模設(shè)計中各個組成部分的設(shè)計特征與變化特點的基礎(chǔ)上，以參數(shù)化、變量化的零部件設(shè)計為先導(dǎo)，以模板的可變異組裝邏輯為手段，解決冷沖壓模具中落料、沖孔、彎曲、拉深、切斷、壓形、翻邊、壓印八種工藝和落料沖孔、落料拉深、沖孔拉深三種復(fù)合模的計算機輔助設(shè)計，包括輸入制件處理、模具零件三維造型、平面圖輸出、模板修改、模板復(fù)合五個模塊。軟件獨創(chuàng)了一套具有豐富語法結(jié)構(gòu)的TDL模板設(shè)計語言，將模板技

7、術(shù)靈活地運用于模具CAD系統(tǒng)中，通過統(tǒng)一性的模板修改豐富了模板變異的內(nèi)涵，使系統(tǒng)具有良好的可擴展性。在處理三維制件時，從邏輯塊分離出物理塊，進而得到制件信息的分離算法。冷沖模CAD專家系統(tǒng)，采用專家系統(tǒng)技術(shù)、CAD技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、圖形識別技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、優(yōu)化方法等，在Windows98/NT平臺上以AutoCADR14.0為支撐軟件，以C+ +ObjectARX、Au-toLISP、VFP為開發(fā)工具，實現(xiàn)了沖裁模、拉深模、擠壓模工藝設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，可明顯降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，延長模具壽命。2） 汽車大型覆蓋件模具（Automotive Large Cover Die）汽車大型覆

8、蓋件是指汽車車身或駕駛室，覆蓋發(fā)動機和盤底的薄金屬板料制成的異形體零件。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展壯大，汽車大型覆蓋件模具也越來越受到人們的關(guān)注。近年來，無論是新建的企業(yè)還是經(jīng)過技術(shù)改造的老企業(yè)，在汽車大型覆蓋件的生產(chǎn)上，大量采用了先進的數(shù)控技術(shù)。包括三軸至五軸的高速加工機床、大型龍門式加工中心和數(shù)控銑床、大型的測量和調(diào)試設(shè)備及多軸數(shù)控激光切割機等。生產(chǎn)汽車覆蓋件模具的水平和能力已經(jīng)大大提高。企業(yè)使用三維CAD的已越來越多，有的企業(yè)已經(jīng)達到百分之百的應(yīng)用。與此同時，CAE技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字化制造、逆向工程、并行工程、靈敏制造、精益生產(chǎn)等先進技術(shù)也已在汽車覆蓋件模具生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，并產(chǎn)生了良好效

9、果。在模具廠普遍采用CAPP雖然有很大難度，但也不乏成功的例子，如圖1.3為汽車覆蓋件的模型圖。圖1.3 汽車模具覆蓋件的模型一批留學(xué)美國和加拿大并在美國汽車模具行業(yè)從業(yè)多年的技術(shù)人員在重慶組建了DSI數(shù)碼模系統(tǒng)（重慶）有限公司，創(chuàng)建和應(yīng)用了數(shù)碼模技術(shù)。這項技術(shù)依靠先進模具與沖壓工藝的設(shè)計和模擬技術(shù)相結(jié)合的模具專家系統(tǒng)，將推進國內(nèi)傳統(tǒng)的制模方式向計算機技術(shù)為支撐的模具工程方向轉(zhuǎn)變的進程，對縮短模具生產(chǎn)周期及降低成本，將起到很好的作用。一些企業(yè)已實現(xiàn)了CAD/CAE/CAPP/CAM一體化，提升了企業(yè)的綜合水平。其生產(chǎn)流程如圖1.4所示。其它如測量技術(shù)、表面涂鍍技術(shù)、綜合檢具工裝、標準化應(yīng)用以及

10、快速成型技術(shù)與快速經(jīng)濟模具成功結(jié)合，取得了不小的進步。2010預(yù)計汽車覆蓋件模具行業(yè)增速將達20，汽車覆蓋件模具的市場容量將達95105億元。覆蓋件模具CAD/CAECAM模具原型制造工藝檢測及評價模具數(shù)據(jù)重構(gòu)覆蓋件樣件覆蓋件鋼模具噴漆刷鍍制模工具車身覆蓋件模具數(shù)控加工產(chǎn)品實物1.4 覆蓋件模具生產(chǎn)流程圖3）塑料模（Plastic Mould）塑料模是指用塑料(一般為環(huán)氧樹脂)制成的模樣?；蛞云渌牧蠟榛w表面覆蓋一層塑料的復(fù)合材料模。我國塑料模具發(fā)展迅速，目前塑料模具在整個模具行業(yè)中所占比重約為30，在模具進出口中的比重高達5070。隨著中國機械、汽車、家電、電子信息和建筑建材等國民經(jīng)濟支柱

11、產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，這一比例還將持續(xù)提高。制造一款普通轎車約需200多副內(nèi)飾件模具，制造保險杠、儀表盤、油箱、方向盤等所需的大中型塑料模具僅約50能夠滿足。塑料建材大量替代傳統(tǒng)材料也成為趨勢，預(yù)計2010年全國塑料門窗和塑管普及率將達到3050，塑料排水管市場占有率將超過50，這些都會大大增加對模具的需求，生活中典型的塑料模具制品如圖1.5所示。圖1.5 典型的塑料模具制品模具市場的總體趨勢是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具。在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。目前我國塑料模具在高技術(shù)驅(qū)動和支柱產(chǎn)業(yè)需求的推動下，形成了一個巨大的產(chǎn)業(yè)鏈，從上游的原輔材料工業(yè)和加工、檢測設(shè)備

12、到下游的機械、汽車、摩托車、家電、電子通信、建筑建材等幾大應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，塑料模具發(fā)展一片生機。目前塑料制品的應(yīng)用日漸廣泛，為塑料模具提供了一個廣闊的市場，同時對模具也提出了更高的要求，大型化、高精度、多功能復(fù)合型的模具將受到青睞。與此同時，建筑、家電、汽車等行業(yè)對塑料模具的需求量都很大。據(jù)估計，僅汽車、摩托車行業(yè)每年就需要100多億元的模具，彩電模具每年也有約28億元的市場。4）壓鑄模（Die Casting Mould）壓鑄模是指將熔融合金在高壓、高速條件下充型，并在高壓下冷卻凝固成形的精密鑄造方法。壓鑄模具比例也呈現(xiàn)逐年增大的趨勢。很據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會經(jīng)營管理委員會編制的全國模具專業(yè)廠今本情況

13、統(tǒng)計，壓鑄模具約占各類模具總產(chǎn)值的5%，年增長速度高達25%。2006年全國壓鑄件的總產(chǎn)量就已經(jīng)突破100萬噸，年產(chǎn)值達480億。壓鑄模生產(chǎn)發(fā)展趨勢向著精密、復(fù)雜、大型模具方向發(fā)展，縮短模具的制造周期，提高模具的加工質(zhì)量?，F(xiàn)代產(chǎn)品更新?lián)Q代加速、競爭激烈、縮短模具制造周期、提高壓鑄模質(zhì)量是一項緊迫的任務(wù)，需要應(yīng)用先進的制造技術(shù)作為保障。隨著對鑄件性能要求的不斷提高，壓鑄工藝也向新的方向拓展，主要有以下幾種：(1)真空壓鑄(2)充氧壓鑄(3)定向抽氣充氧壓鑄(4)氣流負壓壓鑄(5)雙壓射沖頭壓鑄(6)黑色金屬壓鑄(7)半固態(tài)金屬壓鑄等計算機輔助工程在壓鑄中的應(yīng)用成為提高壓鑄技術(shù)水平的重要途徑，目前

14、計算機在壓鑄領(lǐng)域研究的重點是半固態(tài)過程、低壓鑄造過程、壓鑄充型過程的數(shù)值模擬。5）模具標準件（Mold standard Parts）模具標準化程度和應(yīng)用水平是衡量模具工業(yè)水平的重要標志。模具的標準化程度決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效率和效益。工業(yè)較為發(fā)達的國家，對標準化工作都十分重視，我國也在逐步加強模具的標準化程度。但我國模具的標準化程度和應(yīng)用水平還比較低，樂觀地估計不足30%，目前我國共發(fā)布了90多項標準，其中沖模標準22項、塑料模具標準20余項，與國外工業(yè)發(fā)達國家7080%相比，尚有較大的差距。現(xiàn)在生產(chǎn)銷售廠家雖然逐年增加，但大多數(shù)是規(guī)模小、設(shè)備陳舊、工藝落后、成本高、效益低。只有普通中小型標準

15、沖模模架和塑料模模架、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推桿、模具彈簧、氣動元件等產(chǎn)品，商品化程度較高，可基本滿足國內(nèi)市場的需求，并有部分出口。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，采用專業(yè)化生產(chǎn)的標準件比自制標準件其配合精度和位置精度將至少提高一個數(shù)量級，并可保證互換性，提高模具的使用壽命，進而促進行業(yè)內(nèi)部經(jīng)濟體制、經(jīng)營機制以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)治理方面的改革，實現(xiàn)專業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)，并帶動模具標準件商品市場的形成與發(fā)展。廣泛應(yīng)用標準件可縮短設(shè)計制造周期達2540%；可節(jié)約由于使用者自制標準件所造成的社會工時，減少原材料及能源的浪費；可為模具CAD/CAM等現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)；可顯著提高模具的制造精度和使用性能。2. 中國模具技術(shù)的發(fā)

16、展方向 現(xiàn)代模具與傳統(tǒng)模具不同，它不僅形狀與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而且技術(shù)要求更高，是傳統(tǒng)的模具制造方法無法實現(xiàn)的，必須借助于現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用先進制造技術(shù)，才能達到技術(shù)要求。根據(jù)國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃提供的資料，未來十年，中國模具工業(yè)和模具技術(shù)的主要發(fā)展方向?qū)ǎ?）超大型、超精密、長壽命、高效模具。2）多種材質(zhì)、多種顏色、多層多腔、多種成型方法一體化。3）為各種快速經(jīng)濟模具，特別是與快速成型技術(shù)相結(jié)合的RP/RT技術(shù)。4）模具設(shè)計、加工及各種管理將向數(shù)字化、信息化、CAD/CAE/CAM/CAPP以PDM/PLM/ERP等智能化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化。5）更高性能及滿足特殊用途的模具新材料及先

17、進的加工方法。6）各種模具型腔表面處理技術(shù)，如涂覆、修補、研磨和拋光等新工藝。7）逆向工程、并行工程、復(fù)合加工及虛擬技術(shù)。8）熱流道技術(shù)、氣輔和其它注射成型工藝及模具技術(shù)。9）模具標準化。10）“綠色模具”即模具從結(jié)構(gòu)設(shè)計、原材料選用、制造工藝、模具修復(fù)和報廢，以及在模具的回收利用等方面考慮其節(jié)約資源、重復(fù)使用、利于環(huán)保等可持續(xù)發(fā)展這一趨勢。3. 我國與國外模具行業(yè)的差距我國的模具行業(yè)與國外的差距見表1.2。表1.2我國模具行業(yè)與國外模具行業(yè)的差距國際國內(nèi)生產(chǎn)加工型腔加工基本上采用數(shù)控加工，高速銑削應(yīng)用普遍基本上采用數(shù)控加工，高速銑削應(yīng)用普遍CAD/CAE/CAM技術(shù)基本普及基本普及三坐標測量

18、已普及應(yīng)用已普及應(yīng)用制造精度（m）塑料模0.0050.010.020.05壓鑄模0.010.030.020.05冷沖模0.0020.0050.0050.01鍛模0.0020.0030.0050.01級進模0.000230.00050.00030.001生產(chǎn)周期汽車覆蓋件模具半年左右半年左右大型塑料模具34個月45個月高精度多工位級進模24個月24個月模具壽命同類同檔次模具與外基本持平，部分還需逐步提高標準化程度70%以上，標準件品種規(guī)格多、質(zhì)量高、交貨塊10%以下，標準件品種規(guī)格少、質(zhì)量低、交貨期長專業(yè)化水平專業(yè)廠生產(chǎn)的商品模具占行業(yè)總產(chǎn)值的70%以上專業(yè)廠生產(chǎn)的商品模具占行業(yè)總產(chǎn)值的60%8

19、0%經(jīng)濟效益工業(yè)先進國家2030萬美元/年人市場份額1200億元4. 我國模具行業(yè)發(fā)展的制約因素近年來我國模具行業(yè)雖然一直在不斷發(fā)展壯大，但是在發(fā)展中也存在著許多不容忽略的潛在問題。例如：國內(nèi)產(chǎn)品大多只能列入科技含量比較低的中低端產(chǎn)品，而我國現(xiàn)在廣泛需要的汽車及零部件生產(chǎn)、航天航空等領(lǐng)域的高端模具則大多需要從美國、德國、日本等國外企業(yè)購買。我們的行業(yè)發(fā)展還需要加強進一步的完善，使國內(nèi)的企業(yè)逐步具有生產(chǎn)高端模具的能力。我國模具行業(yè)的制約因素主要體現(xiàn)在企業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、缺乏戰(zhàn)略聯(lián)盟和服務(wù)平臺不完善。國外模具工業(yè)發(fā)展概述根據(jù)亞洲模具協(xié)會聯(lián)盟的綜合統(tǒng)計，國外主要模具生產(chǎn)國包括亞洲地區(qū)的日本、歐洲地區(qū)的德

20、國、美洲地區(qū)的美國、意大利、葡萄牙等。國外的主要模具生產(chǎn)國家和地區(qū)如下：1.日本20世紀末日本的模具產(chǎn)值一度位居世界第一位，約占全球的40，但由于近幾年亞洲其他國家和地區(qū)模具工業(yè)大規(guī)模發(fā)展，成本的增加和技術(shù)競爭力的增強，日本模具產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值逐年減少，到2007年日本模具的年需求降到4100億日元左右，價格也下降了近20。但日本模具產(chǎn)業(yè)仍然代表了世界級的技術(shù)水平，并在高精密加工技術(shù)方面下足了功夫，以與一般模具區(qū)別，把創(chuàng)造高附加值的加工產(chǎn)品作為日本模具業(yè)的努力方向。日本模具日本共有模具消費廠約10000家，其中20人以下的占91%以上。日本塑料模具、粉末冶金模具、壓鑄模具增長分明，沖壓模具和鍛造模具則

21、絕對呈增加趨向。模具的技巧開發(fā)重要向高精度、高速率、短命命、復(fù)雜、大型、一體化和高功能諸方面開展。2. 德國德國擁有世界先進的汽車、船舶等制造技巧，是世界上重要的制造大國之一。受下游行業(yè)需求影響，德國模具在世界上具有較為緊要的位置。由于德國預(yù)將技術(shù)含量較高的制造業(yè)作為其立國之本，估計未來德國將增強技術(shù)含量較高的模具的研究和開發(fā)。 3.美國近年來，受全球經(jīng)濟危機的影響，美國制造業(yè)陷入困境，制造業(yè)開始向全球轉(zhuǎn)移。但是美國模具制造業(yè)在數(shù)控機床方面實力比較雄厚，它首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大批量自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術(shù)在世界上一直處于領(lǐng)先地位。2006年全美專用工具，模具和

22、裝卡具總收入約82.9億美元，總利潤24.88%，計20.6億美元。進出口總值14.3億美元。主要貿(mào)易國為：日本、加拿大、德國、墨西哥中國等。4. 意大利塑料橡膠加工機械和模具制造行業(yè)是意大利機械制造聯(lián)盟十個專用機械制造行業(yè)之一，擁有500余項歐洲專利，專業(yè)化程度高，技術(shù)領(lǐng)先，產(chǎn)品多樣。其產(chǎn)值占到機械制造聯(lián)盟十個行業(yè)總產(chǎn)值的16.5%，國內(nèi)市場銷售額占20%，出口進口分別占13.8%、15%，貿(mào)易余額占13.4%。根據(jù)意大利塑料橡膠加工機械和模具制造行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2006年意大利塑料橡膠加工機械和模具制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)值38億歐元。5.葡萄牙葡萄牙模具工業(yè)發(fā)展始于1943年，在注塑模具行業(yè)處于領(lǐng)

23、先地位。在1980年的時候，葡萄牙的模具產(chǎn)品就已經(jīng)遠銷50多個國家。目前葡萄牙模具擁有企業(yè)300家，以中小型企業(yè)為主，大部分集中在馬里尼亞格蘭特和奧利維拉德阿澤麥伊斯兩個城市?？倧臉I(yè)人口7500人。葡萄模具工業(yè)整體水平的提高主要依賴于技術(shù)發(fā)展、合理生產(chǎn)和質(zhì)量控制計劃、不斷更新設(shè)備和加強專業(yè)技術(shù)投資等因素。隨著技術(shù)的發(fā)展和日益完善，葡萄牙模具企業(yè)專業(yè)化程度不斷提高，不少企業(yè)已經(jīng)逐步實現(xiàn)向模胚、拋光、大型模具和高精度模具等特定專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展。現(xiàn)代模具技術(shù)發(fā)展趨勢為了適應(yīng)信息社會和經(jīng)濟全球化不斷發(fā)展的進程，模具行業(yè)發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟快速方面發(fā)展。伴隨著產(chǎn)品技術(shù)含量

24、的不斷提高，模具生產(chǎn)向著信息化、數(shù)字化、無圖化、精細化、自動化方面發(fā)展；模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化方向發(fā)展，具體的發(fā)展趨勢如下：1. 模具日趨大型化一方面是由于用模具成型的零件日漸大型化，另一方面是由于生產(chǎn)效率要求發(fā)展一模多腔。2. 模具標準件的應(yīng)用將日漸廣泛推進模具標準件大批量規(guī)?；a(chǎn)，搞好模具標準件的產(chǎn)需銜接，促進模具標準件使用覆蓋率的不斷提高和行業(yè)的不斷發(fā)展。擴大模具標準件的品種，提高其精度，提高生產(chǎn)集中度，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。3. 推廣應(yīng)用高速、高精加工技術(shù)并研制相應(yīng)設(shè)備高速高精加工包括高速高精切削加工和高速高精電加工及復(fù)合加工等。在未來15年

25、左右的時間里，我國機床行業(yè)應(yīng)向模具行業(yè)逐步提供適合于模具高速高精加工的相應(yīng)設(shè)備，如有可能，建議開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、精度能達到0.0001mm的高精度模具制造設(shè)備。4. 大力發(fā)展和推廣信息化、數(shù)字化技術(shù)例如逆向工程、并行工程、敏捷制造技術(shù)的研發(fā)及推廣應(yīng)用；包括大型級進模及高精密和高復(fù)雜性的高技術(shù)含量的先進模具三維設(shè)計和制造技術(shù)的研發(fā)；包括沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)、模具型面設(shè)計系統(tǒng)、成形分析系統(tǒng)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)、模具CAM系統(tǒng)和沖壓專家咨詢系統(tǒng)的車身模具數(shù)字化設(shè)計制造系統(tǒng)的研發(fā)；模具的集成、柔性及自動加工技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)等。5. 模具制造新工藝、新技術(shù)模具制造的節(jié)能、節(jié)材技術(shù)，模具熱處理、表面光整加

26、工和表面處理新技術(shù)等。6. 加強產(chǎn)學(xué)研合作，推進模具行業(yè)科技攻關(guān)工作建議政府有關(guān)部門建立模具發(fā)展基金，用以模具行業(yè)共性技術(shù)的開發(fā)、研究和創(chuàng)新項目，并對“龍頭企業(yè)”作重點支持。要在國家有關(guān)部門大力支持下，加強產(chǎn)學(xué)研合作，推進模具行業(yè)科技開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)工作，組織行業(yè)內(nèi)產(chǎn)學(xué)研重點單位，分工合作，聯(lián)合工作，爭取早出成果，多出成果，共同享受成果，并使成果產(chǎn)業(yè)化，以迅速提高行業(yè)的技術(shù)水平。7. 建立國際性模具檢測中心隨著模具工業(yè)的不斷發(fā)展，模具質(zhì)量檢測工作已越來越迫切，但至今我國只有一個國家級檢測中心，建議建立更多國際性的檢測中心。1.2 模具CAD/CAE/CAM概述模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)

27、模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計算機軟件的形式，提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員借助于計算機對產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進行設(shè)計和優(yōu)化。 CAD/CAE/CAM定義CAD（Computer Aided Design）是計算機輔助設(shè)計。CAD是指技術(shù)人員以高速計算能力和顯示圖形的計算機為工具，用專業(yè)的知識和方法對產(chǎn)品進行繪圖、分析計算和編寫技術(shù)文件，將計算機的海量存儲和高速數(shù)據(jù)處理與人的創(chuàng)造性思維有機結(jié)合起來等設(shè)計活動的統(tǒng)稱。用于CAD的計算機軟件及外部設(shè)備，總稱為CAD系統(tǒng)。CAE(Computer Aided Engineering)

28、是用計算機輔助工程。CAE是指求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計等問題的一種近似數(shù)值分析方法。CAM(computer Aided Manufacturing)是計算機輔助制造。利用計算機來進行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程。它輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡(刀位文件)和數(shù)控程序。核心是計算機數(shù)值控制(簡稱數(shù)控)，數(shù)控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來控制機床。模具CAD/CAE/CAM發(fā)展現(xiàn)狀CAD/CAE/CAM是工程技術(shù)人員以計算機系統(tǒng)為工具，綜合應(yīng)用多學(xué)科專

29、業(yè)知識進行產(chǎn)品設(shè)計、分析、優(yōu)化及生產(chǎn)過程問題求解的先進數(shù)字信息處理技術(shù)。1. 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀我國雖然很早就開始制造和使用模具，但是長期以來未形成高技術(shù)含量的產(chǎn)業(yè)。直到20世紀80年代后期，隨著科技的進步，模具工業(yè)才駛?cè)肟焖侔l(fā)展的軌道。如吉林大學(xué)依托一汽對汽車覆蓋件CAD/CAM系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得顯著成效，華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室在AutoCAD軟件平臺上開發(fā)出基于特征的級進模CAD/CAM系統(tǒng)HMJC，上海交通大學(xué)為瑞士法因托(Finetool)精沖公司開發(fā)成功精密沖裁級進模CAD/CAM系統(tǒng)，西安交通大學(xué)開發(fā)出多工位彎曲級進模CAD系統(tǒng)等，這些CAD/CAM系統(tǒng)的研發(fā)促進了國內(nèi)模具行

30、業(yè)快速發(fā)展。國內(nèi)也有一批科研單位和高校投入有限元技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用。如：大連理工大學(xué)的JIFEX，鄭州機械研究所的紫瑞，北京農(nóng)機學(xué)院的有限元分析系統(tǒng)。在模具CAE方面，如湖南大學(xué)的沖壓CAE系統(tǒng)，華中科技大學(xué)沖壓成型快速分析軟件FASTAMP，清華的鑄造CAE分析軟件FTStar，華北工學(xué)院的鑄造分析軟件CASTsoft等，但是我國的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的集成度相對國外來說都比較弱。國外模具CAD/CAM技術(shù)的研究始于上世紀60年代，到70年代已經(jīng)研制出了模具CAD/CAM的專門系統(tǒng)，推出了面向中小型企業(yè)的CAD/CAM的商業(yè)軟件，可應(yīng)用于各種類型的模具設(shè)計和制造。 

31、60; 1973年，美國的DIE COMP公司率先研制成功PDDC連續(xù)模系統(tǒng)。1977年，捷克斯洛伐克金屬加工工業(yè)研究所研制成功AKT沖模CAD系統(tǒng)。1978年，日本機械工程實驗室建立ME1連續(xù)模設(shè)計系統(tǒng)。1979年，日本旭光學(xué)工業(yè)公司研究成功的沖空模和彎曲模PENTAX的CAD系統(tǒng)。1985年，日本NISSIN精密機器公司采用了冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)。到80年代末，美國、日本等工業(yè)發(fā)達國家的模具生產(chǎn)已有近50%采用了CAD/CAM技術(shù)。國外在上世紀60年代開始開發(fā)有限元進行軟件，1976年發(fā)行了第一套流動分析軟件。利用CAE技術(shù)可以在模具加工前，在計算機上對整個成型過程進行模擬分析，減少甚

32、至避免模具返修報廢、提高模具質(zhì)量和降低成本等。目前國外的模具CAE技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，完全走向?qū)嵱没A段，并取得了顯著效果。國外著名的CAE軟件有NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS等。2.技術(shù)主要內(nèi)容模具CAD/CAE/CAM技術(shù)一體化工程系統(tǒng)主要包括以下研究內(nèi)容。1） 設(shè)計制造一體化系統(tǒng)集成框架的開發(fā)研究。目標是開發(fā)一個先進的集成平臺，支持各應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)運行。 2） 新一代三維幾何設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)研究。使該系統(tǒng)具有強有力的幾何造型和工程繪圖功能，包括利用草圖功能二維建模和三維造型中直接生成工程圖紙，或接受其他CAD軟件傳來的標準格式文件， 以及能進行

33、基于參數(shù)化特征的精確實體造型。3）35軸的數(shù)控編程系統(tǒng)的開發(fā)研究。使其具有智能的圖形交互式多坐標編程系統(tǒng)， 達到工程化、 實用化的水平； 開發(fā)針對制造工藝的計算機輔助模擬系統(tǒng)，在給定的工程參數(shù)情況下，該系統(tǒng)能分析其工藝過程，動態(tài)顯示仿真效果。4）產(chǎn)品有限元分析前后置處理技術(shù)的研究。在CAD系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，按 STEP標準自動建立有限元模型，動態(tài)顯示受力和變形情況。5） 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與數(shù)據(jù)交換技術(shù)和接口的開發(fā)研究。實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的描述、交換、共享、集成、存檔等管理目標。6） 模具裝配加工及有限元分析工程模擬。用數(shù)值分析的方法對模具的受力和變形進行計算，從而為優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)、改善受力條件提供科學(xué)依據(jù)。3.

34、技術(shù)發(fā)展特點1） 模具軟件功能集成化。模具軟件功能的集成化即軟件的功能模塊全面，同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，具備信息的綜合管理與共享，支持模具設(shè)計、制造、裝配、檢驗、測試及生產(chǎn)管理的全過程。英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面實體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計高級渲染、塑料模設(shè)計專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測量系統(tǒng)等；以色列Cimatron公司的Cimatron系統(tǒng)中包括幾何造型、模具專家、逆向工程、模架庫、NC加工及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；澳大利亞Moldflow公司注塑成型系列分析軟件MPA（塑件顧問）、MPX（注塑

35、專家）、MPI（流動、冷卻、翹曲等）以及模具設(shè)計系統(tǒng)等。美國PTC公司CAD/CAE/CAM集成軟件系統(tǒng)Pro/Engineer；美國EDS公司的UG；美國SDRC公司的I-DEAS集成化CAD/CAE/CAM軟件，該軟件在曲面設(shè)計、實體造型、仿真分析、制造、測試和并行工程等方面具有強大的功能，國際上有福特等許多汽車公司將它作為主流軟件；美國Solidworks公司的Solidworks軟件、C-mold公司的注塑模CAE分析軟件C-mold；具備復(fù)雜曲面設(shè)計和數(shù)據(jù)仿真功能的法國Dassault公司的CATIA軟件曲面造型功能較強；德國MAGMA公司的鑄造過程流動與凝固分析軟件MAGAMASO

36、FT及IKV研究所的CAD MOULD；國外使用較多的還有外型設(shè)計的Alias/ICEM、實物造型的Surface、板料沖壓仿真的LS-DYNA、DYNAFORM、模具設(shè)計的VAMOS及制造系統(tǒng)仿真的SIMPLE+等。國內(nèi)上海交通大學(xué)金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，其主要功能有板料沖壓過程模擬、預(yù)示成形缺陷、壓機速度分析、坯料形狀優(yōu)化和各向異性、回彈預(yù)測等。2） 模具設(shè)計、分析及制造的三維化。傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模

37、具設(shè)計、分析、制造的三維化、要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設(shè)計模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/E、UG 、 I-DEAS、CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點。另外，Cimatron公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均采用了3D專業(yè)注塑模設(shè)計軟件，可進行交互式3D型腔、型芯設(shè)計、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計。澳大利亞Moldflow公司三維真實感流動模擬軟件MoldflowAdvisers受到用戶廣泛的應(yīng)用和好評。美

38、國C-mold公司3DQuickfill也有類似功能。國內(nèi)有華中理工大學(xué)研制的同類軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學(xué)Z-mold軟件。上海交通大學(xué)開發(fā)了金屬塑性成形三維有限元仿真系統(tǒng)。北航海爾軟件公司的CAXA三維電子圖板2000和制造工程師2000能進行3D零件設(shè)計和NC加工，其特點是基于3D、參數(shù)化特征設(shè)計，實現(xiàn)了實體、曲面和NC加工的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。3） 模具軟件的智能化趨勢。新一代模具軟件要求模具CAD不再是對傳統(tǒng)設(shè)計與計算方法的模仿，而是在先進設(shè)計理論指導(dǎo)下，充分運用模具專家的豐富知識和成功經(jīng)驗，克服具體設(shè)計、工藝人員的經(jīng)驗局限，通過人工智能CAI等方法，實現(xiàn)設(shè)計的合理性和先進

39、性，逐步達到從設(shè)計、分析評估到制造過程的完全自動化。Cimatron公司的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動產(chǎn)生分型線和分型面，生成與制品相對應(yīng)的型芯和型腔，實現(xiàn)模架零件的全相關(guān)，自動產(chǎn)生材料明細表和供NC加工的鉆孔表格，并能進行智能化加工參數(shù)設(shè)定、加工結(jié)果校驗等。而PTC公司推出的模具專家系統(tǒng)EMX則更為經(jīng)典，它具有前面其他模具專家系統(tǒng)的共有特點外，還能實現(xiàn)模具裝配體的2D裝配圖的自動出圖，從而大大減輕了模具設(shè)計工程師的勞動量，提高效率，減少模具開發(fā)的時間，另外在它的EMX4.1里還強化了產(chǎn)品的成本計算，可以估算模具的總體成本，為模具的效率計算提供了有力依據(jù)，實現(xiàn)信息技術(shù)及現(xiàn)代管理技術(shù)。4）模

40、具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢。隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理的全球化、國際化以及計算機軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，使得在模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計、敏捷制造技術(shù)既有必要，又有可能。美國近年實現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案，使汽車開發(fā)周期從40個月縮短到4個月。Delcam公司最近推出的CAD/CAM集成化系統(tǒng)PowerSolution覆蓋了幾何建模、逆向工程、工業(yè)設(shè)計、工程制圖、仿真分析、快速原型、數(shù)控編程、測量分析等方面。系統(tǒng)的每一個功能模塊既可獨立運行，又可通過數(shù)據(jù)接口與其它系統(tǒng)兼容，便于實現(xiàn)開放性、兼容性和專業(yè)化的統(tǒng)一。5）并行工程技術(shù)在模具中應(yīng)用。模具是面向定單式的生產(chǎn)方式，屬于單性生產(chǎn)，制造過

41、程復(fù)雜，要求交貨時間短。利用CAD、CAM單元技術(shù)制造模具，制造精度低、周期長，為了解決上述難題，我們將并行工程技術(shù)引入到模具制造過程中。 所謂并行工程是設(shè)計工程師在進行產(chǎn)品三維零件設(shè)計時就考慮模具的成型工藝、影響模具壽命的因素，并進行校對、檢查，預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程的錯誤。在初步確立產(chǎn)品的三維模型后，設(shè)計、制造及輔助分析部門的多位工程師同時進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程詳圖設(shè)計、模具性能輔助分析及數(shù)控機床加工指令的編程，而且每一個工程師對產(chǎn)品所做的修改可自動反映到其他工程師那里，大大縮短設(shè)計、數(shù)控編程的時間。 應(yīng)用Pro/ENGINEER、UG等CAD/CAE/CAM集成技術(shù)軟件，將原來模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模

42、具型腔、型芯設(shè)計及結(jié)構(gòu)二維設(shè)計、工藝準備、模具型腔和型芯設(shè)計三維造型、數(shù)控加工指令編程、數(shù)控加工的串行工藝路線改為由不同的工程師同時進行設(shè)計、工藝準備的并行路線，不但提高了模具的制造精度，而且能縮短設(shè)計，數(shù)控編程時間達40%以上。6）模具高速測量及其逆向工程技術(shù)。隨著三坐標測量機、掃描儀、便攜式掃描儀、激光跟蹤儀的技術(shù)不斷發(fā)展與進步，檢測技術(shù)向高速度、高精度、高適應(yīng)性、數(shù)字化、自動化方向發(fā)展，使得現(xiàn)代測量技術(shù)不斷融入模具產(chǎn)品逆向工程設(shè)計中，進一步推動模具制造產(chǎn)品快速制造的響應(yīng)能力。逆向工程（Reverse Engineering，RE）也稱反向工程或反求工程，是相對于傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計流程即所謂的

43、正向工程（Forward Engineering，F(xiàn)E）而提出的。4. 技術(shù)水平不足我國模具CAD/CAE/CAM技術(shù)近十年來取得了長足的進步。一汽模具、天汽模、東風(fēng)模具、福田濰坊模具等企業(yè)的的三維CAD普及率很高。其他骨干企業(yè)正在加快進行二維CAD到三維CAD的過渡。但與國外發(fā)達國家相比還存在一定的差距。1）CAD/CAE/CAM軟件開發(fā)進度和水平低。目前三維CAD/CAM軟件的核心技術(shù)仍掌握在歐美日等發(fā)達國家手中，中國的三維CAD/CAM市場幾乎被國外產(chǎn)品壟斷。每年中國制造企業(yè)采購三維CAD/CAM軟件的金額高達幾十億元。2）CAM/CAE的發(fā)展跟不上CAD。在應(yīng)用CAE進行模具方案設(shè)計和

44、分析計算方面，才剛剛起步，大多還處于試用階段；在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面，由于缺乏先進適用的制造裝備，制造工藝水平不高，加工精度與國外先進水平相比還有很大的差距。3）整體CAD/CAE/CAM應(yīng)用水平低。目前較有規(guī)模的模具企業(yè)都已彩圖，三維設(shè)計的應(yīng)用尚處在開始階段，數(shù)控加工在模具制造中所占比例仍然較低，與國外先進水平相比，還有相當(dāng)大的差距。CAE在我國模具行業(yè)的應(yīng)用還有待提高。1.3 模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)構(gòu)成完整的模具CAD/CAM/CAE系統(tǒng)包括快速數(shù)字計算及圖形處理功能、幾何建模功能、處理數(shù)控加工信息的功能、大量數(shù)據(jù)和知識的存儲及快速檢索與操作功能、人機交互通信功能、輸入和輸出

45、信息及圖形功能、工程分析功能等。模具CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的運行環(huán)境由硬件、軟件所構(gòu)成。圖1.6為模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)集成圖。三維CAD系統(tǒng)優(yōu)化信息三維實體造型優(yōu)化信息工程圖設(shè)計NNNCAE模塊 CAE軟件靜力分析動力分析運動仿真工藝知識獲取工藝規(guī)則數(shù)據(jù)庫最終工藝設(shè)計方案CAM系統(tǒng)后處理設(shè)置NC仿真NC加工數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圖1.6 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)集成圖 硬件條件模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的硬件條件包括計算機主機、外存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和自動化生產(chǎn)裝備等組成，如圖1.7所示。繪圖儀數(shù)字化儀顯示器掃描儀CAD/CAE/CAM集成

46、系統(tǒng)硬件環(huán)境外部存儲設(shè)備主機輸出設(shè)備圖1.7 模具CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)的硬件組成1主機 主機是模具CAD/CA/CAM系統(tǒng)硬件的核心，主要由中央處理器（CPU）及內(nèi)存儲器（也稱內(nèi)存）組成。CPU包括控制器和運算器，控制器按照從內(nèi)存中取出的指令指揮和協(xié)調(diào)整個計算機的工作，運算器負責(zé)執(zhí)行程序指令所要求的數(shù)值計算和邏輯運算。CPU的性能決定著計算機的數(shù)據(jù)處理能力、運算精度和速度。內(nèi)存儲器是CPU可以直接訪問的存儲單元，用來存放常駐的控制程序、用戶指令、數(shù)據(jù)及運算結(jié)果。衡量主機性能的指標主要有CPU性能和內(nèi)存容量。按照主機性能等級的不同，可將計算機分為大中型機、小型機、工作站和微型機等不同檔

47、次。2. 外部存儲器外存儲器簡稱外存，用來存放暫時不用或等待調(diào)用的程序、數(shù)據(jù)等信息。當(dāng)使用這些信息時，由操作系統(tǒng)根據(jù)命令調(diào)入內(nèi)存。外存儲器的特點是容量大，經(jīng)常達到數(shù)百MB、數(shù)十GB或更多，但存取速度慢。常見的有磁帶、磁盤（軟盤、硬盤）和光盤等。隨著存儲技術(shù)的發(fā)展，移動硬盤、U盤等移動存儲設(shè)備成為外存儲器的重要組成部分3. 圖形終端輸入/輸出設(shè)備輸入設(shè)備是指通過人機交互作用將各種外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機能識別的電子脈沖信號的裝置，主要分為鍵盤輸入類（如鍵盤）、指點輸入類（如鼠標）、圖形輸入類（如數(shù)字化儀）、圖像輸入類（如掃描儀、數(shù)碼相機）、語音輸入類等。將計算機處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用戶所需的形式，實現(xiàn)

48、這一功能的裝置稱為輸出設(shè)備。輸出設(shè)備能將計算機運行的中間或最終結(jié)果、過程，通過文字、圖形、影像、語音等形式表現(xiàn)出來，實現(xiàn)與外界的直接交流與溝通。常用的輸出設(shè)備包括顯示輸出（如圖形顯示器）、打印輸出（如打印機）、繪圖輸出（如自動繪圖儀）及影像輸出、語音輸出等。4. 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備 包括網(wǎng)絡(luò)適配器（也稱網(wǎng)卡）、中繼器、集線器、網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)及調(diào)制解調(diào)器等裝置，通過傳輸介質(zhì)聯(lián)接到網(wǎng)絡(luò)上以實現(xiàn)資源共享。網(wǎng)絡(luò)的連接方式即拓撲結(jié)構(gòu)可分為星形、總線形、環(huán)形、樹形以及星形和環(huán)形的組合等形式。先進的CAD/CAM系統(tǒng)都是以網(wǎng)絡(luò)的形式出現(xiàn)的。 軟件條件1. 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)、編程語言系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通

49、信及其管理軟件，如圖1.8所示。操作系統(tǒng)語言加工系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)庫圖形處理軟件分析模擬軟件專業(yè)模具軟件CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)軟件環(huán)境應(yīng)用軟件支撐軟件系統(tǒng)軟件圖1.8 模具CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)的軟件組成1） 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的核心，它控制計算機的軟件資源和硬件資源。其主要功能是硬件資源管理、任務(wù)管理、硬件驅(qū)動、基本數(shù)學(xué)計算、日常事務(wù)管理、錯誤診斷與糾正、用戶界面管理和作業(yè)管理等。目前廣泛應(yīng)用的操作系統(tǒng)有Windows、UNIX、Linux等。 2） 編程語言系統(tǒng)編程語言系統(tǒng)主要是指源程序編輯、庫函數(shù)及管理、語法檢查、代碼編譯、程序連接與執(zhí)行。按照程序設(shè)計

50、方法的不同，可分為結(jié)構(gòu)化編程語言和面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。按照編程時對計算機硬件依賴程度的不同，可分為低級語言和高級語言。目前廣泛使用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，如Visual C+、Visual Basic、Java等。 3） 網(wǎng)絡(luò)通信及其管理軟件網(wǎng)絡(luò)通信及其管理軟件主要包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)資源管理、網(wǎng)絡(luò)任務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)安全管理、通信瀏覽工具等內(nèi)容。國際標準的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方案為“開放系統(tǒng)互連參考模型”（OSI），它分為七層有應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。CAD/CAM/CAE系統(tǒng)中流行的主要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括TCP/IP協(xié)議、MAP協(xié)議、TOP協(xié)議等。2. 支撐軟件支撐軟件一般具有較好的

51、數(shù)據(jù)交換性能、軟件集成性能和二次開發(fā)性能。功能單一型支撐軟件只提供CAD/CAM/CAE系統(tǒng)中某些典型過程的功能，如交互式繪圖軟件、三維幾何建模軟件、工程計算與分析軟件、數(shù)控編程軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。功能集成型支撐軟件提供了設(shè)計、分析、造型、數(shù)控編程以及加工控制等綜合功能模塊。1）交互式繪圖軟件 這類軟件主要以交互方法完成二維工程圖樣的生成和繪制，具有圖形的編輯、變換、存儲、顯示控制、尺寸標注等功能；具有尺寸驅(qū)動參數(shù)化繪圖功能；有較完備的機械標準件參數(shù)化圖庫等。這類軟件繪圖功能很強、操作方便、價格便宜。在微機上采用的典型產(chǎn)品是AutoCAD以及國內(nèi)自主開發(fā)的CAXA電子圖板、PICAD、高華

52、CAD等。 2）三維幾何建模軟件 這類軟件主要解決零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，為用戶提供完整準確地描述和顯示三維幾何形狀的方法和工具，具有消隱、著色、濃淡處理、實體參數(shù)計算、質(zhì)量特性計算、參數(shù)化特征造型及裝配和干涉檢驗等功能，具有簡單曲面造型功能，價格適中，易于學(xué)習(xí)掌握。這類軟件目前在國內(nèi)的應(yīng)用主要以MDT、SolidWorks和SolidEdge為主。 3）工程計算與分析軟件 這類軟件的功能主要包括基本物理量計算、基本力學(xué)參數(shù)計算、產(chǎn)品裝配、公差分析、有限元分析、優(yōu)化算法、機構(gòu)運動學(xué)分析、動力學(xué)分析及仿真與模擬等，有限元分析是核心工具。目前比較著名的商品化有限元分析軟件有SAP、ADINA、ANS

53、YS、NASTRAN等，仿真與模擬軟件有ADAMS。 4）數(shù)控編程軟件 這類軟件一般具有刀具定義、工藝參數(shù)的設(shè)定、刀具軌跡的自動生成、后置處理及切削加工模擬等功能。應(yīng)用較多的有MasterCAM、SurfCAM及CAXA制造工程師等。 5）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 工程數(shù)據(jù)庫是CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)的重要組成部分，工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠有效地存儲、管理和使用工程數(shù)據(jù)，支持各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞與共享。工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的開發(fā)可在通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，根據(jù)工程特點進行修改或補充。目前比較流行的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有ORACLE、SYBASE、FOXPRO、FOXBASE等。1.4 CAD/CAE/CA

54、M系統(tǒng)交換技術(shù)模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)是要求產(chǎn)品設(shè)計、工藝分析、加工模擬，到產(chǎn)品制造的過程中的數(shù)據(jù)具有高度的一致性。即保證原始的數(shù)據(jù)信息能夠直接在各個系統(tǒng)間傳遞。目前所使用的CAD、CAE、CAM系統(tǒng)都是各自獨立發(fā)展起來的，彼此的數(shù)據(jù)模型互不相容。CAD系統(tǒng)主要用于描述零件完整的幾何信息，但是對于零件的精度、公差、表面粗糙度和熱處理等信息都沒有在計算機內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)中得到充分體現(xiàn)。CAE系統(tǒng)主要用于計算機輔助求解分析復(fù)雜工程和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能等。CAM核心是計算機數(shù)值控制（簡稱數(shù)控），是將計算機應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。CAM加工所需要的上述非幾何信息也無法自動從

55、零件的工藝方案中提取。所以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在各部分之間自由交換、實現(xiàn)信息高度共享，是CAD/CAE/CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵。國外對數(shù)據(jù)交換標準的研究制定比國內(nèi)早。如美國的DXF、IGES、ESP、PDES；法國的SET；德國的VDAIS、VDAFS，ISO的STEP等。這些標準都為CAD、CAE及CAM技術(shù)在各國的推廣應(yīng)用起到了極大的推進作用。IGES標準1IGES標準的特點IGES（Initial Graphics Exchange Specification）是美國國家標準協(xié)會（ANSI）制定和公布的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)之間圖形信息交換的一種規(guī)范。目前廣泛應(yīng)用的UG、Pro/E、CATIA、P

56、roCAST等都含有IGES接口，已經(jīng)成為國際標準。2IGES標準的組成IGES為CAD/CAE/CAM之間的傳遞定義了一套表示CAD/CAE/CAM系統(tǒng)中常用的幾何和非幾何數(shù)據(jù)格式，以及相應(yīng)的文件結(jié)構(gòu)，用這些格式表示的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)可以通過多種物理介質(zhì)進行交換。 系統(tǒng)A系統(tǒng)B前處理器IGES格式文件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)數(shù)據(jù)后處理器系統(tǒng)數(shù)據(jù)IGES格式文件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換圖1.9 IGES數(shù)據(jù)傳遞過程圖1.9為IGES系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳遞過程。數(shù)據(jù)要從系統(tǒng)A傳送到系統(tǒng)B，必須由系統(tǒng)A的IGES前處理器把這些傳送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IGES格式，而實體數(shù)據(jù)還得由系統(tǒng)B的IGES后處理器把其從IGES格式轉(zhuǎn)換成該系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式。把系統(tǒng)B的數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)A也需相同的過程。標準的IGES文件包括固定長ASCII碼、壓縮的ASCII及二進制三種格式。固定長ASCII碼格式的IGES文件每行為80個字符，整個文件分為5段。段標識符位于每行的第73列，第7480列指定為用于每行的段的序號。序