计算机辅助制造技术CAM的应用实例

1计算机辅助制造技术CAM的应用实例【摘要】随着现代工业技术的飞快发展，塑料的广泛应用，使得塑料模具迅速的发展，特别是注射模的发展更是突飞猛进，并越来越向大型、精密、复杂及长寿命方向发展。这就给塑料注射模的现代技术——CAD/CAM/CAE发展创造了良好的条件。有效的利用CAD/CAM/CAE技术，对塑料注射模一体化的开展和应用具有重要的意义。结合风扇叶片注射模设计制造案例，阐述运用CAD/CAM/CAE技术完成一副注射模的全过程。【关键词】注射模pro/EngineercimatronmoldflowCMM三坐标检测CNC计算机数字控制（即数控加工）EMX模具专家系统一、引言模具行业是制造业中的一项基础产业，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/CAE/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。二、模具CAD/CAE/CAM技术的概念CAD/CAE/CAM，是60年代以来迅速发展起来的一门新兴的综合性计算机应用技术，是设计人员在计算机系统的辅助与帮助下，根据一定的设计流程进行产品设计的一项专业技术。模具CAD/CAE/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/CAE/CAM系统的辅助下，根据模具的设计和制造流程进行设计和制造的一项新技术。是人的智慧、创造力与计算机软硬件功能的巧妙结合。设计人员通过人机交互操作方式进行产品设计构思，直观、形象的建立集合模型，快速准确地进行性能分析和计算，进而利用专用信息库（数据库和图形库）进行结构设计、模具设计、编制工程图。模具CAD/CAE/CAM也可以理解为以计算机作为主要技术手段，处理各种数字信息和图形信息，辅助完成模具产品设计和制造中的各项活动。CAD是英文ComputerAidedDesign之简写，即计算机辅助设计，是人和计算机相结合，各尽所长的新型设计方法。CAE是英文ComputerAidedEngineering之简写，即计算机辅助工程，是利用计算机对塑料零件整个成型过程进行仿真模拟，并对其成型过程进行优化的方法。2CAM是英文ComputerAidedManufacturing之简写，即计算机辅助制造，是利用计算机对零件进行CNC加工制造的方法。三、常用的CAD/CAM/CAE软件介绍Pro/Engineer软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域。Cimatron是著名软件公司以色列Cimatron公司旗下产品，自从Cimatron公司1982年创建以来，它的创新技术和战略方向使得Cimatron有限公司在CAD/CAM领域内处于公认领导地位。作为面向制造业的CAD/CAM集成解决方案的领导者承诺为模具、工具和其它制造商提供全面的，性价比最优的软件解决方案。AutodeskMoldflowAdviser是欧特克公司开发的一款用于塑料产品、模具的设计与制造的ＣＡＥ软件，为客户提供了一个简便易用的工具，使其能够在加工制造前对设计方案进行模拟评估以及优化处理。减少潜在的设计失误，缩短产品的开发周期，降低开发成本。为企业产品的设计及制造的优化提供了整体的解决方案，帮助工程技术人员轻松的完成整个流程中各个关键点的优化工作。四、应用实例下图为一电风扇图形，零件厚度0.5mm,材料ABS，年产15万件。需对其进行注射模具设计制造。塑件工艺分析该塑件尺寸较小但叶片形状较不规则，加工难度大，叶片部位成型较为困难。3塑件为批量生产且塑件的表面质量要求较高。为了加工和热处理，降低成本，该塑件采用镶块式结构。下图为该注射模具普通流程与CAD/CAM/CAE一体化技术流程对比示意图。注射模生产流程注射模CAD/CAM/CAE一体化技术流程由该流程图可以看出，由于风扇零件具有较为复杂的曲面结构，普通的工艺流程从设计到制造面临了相当大的困难，为了达到零件图纸的要求无疑在各个生产流程上增大了技术工人的工作量，导致了模具整个生产周期较长。然而采用CAD/CAM/CAE一体化技术流程始终以塑料件的3D模型为中心，模具设计、CAE模拟分析、模具CNC加工、以及模具CMM（三坐标）检测、塑料件CMM检测都完全基于这些塑料件3D模型的传递，从而消除了二维图纸传递几何信息的不准确性，使最终生产的塑料件和设计者的意图保持高度一致。还使得整个生产流程易于实现自动化生产，从而大幅度降低了技术工人的工作量，并能有效提高模具整个生产周期。如下所示为该套注射模采用CAD/CAM/CAE一体化技术流程详解1.零件造型、模具设计利用pro/Engineer软件对该零件进行造型，可以快速并准确得到零件3D图纸以及零件的各种参数，如塑料件的质量、质心、面积等。在pro/Engineer软件中，对于模具设计也是相当方便快捷的，可直接通过3D图纸及所得到的参数进行注射模具初始设计。无论是工作零件还是结构零件均可以利用pro/Engineer软件中ＥＭＸ（模具专家系统）模块来迅速完成所需设计。由于pro/Engineer软件采用的是参数化设计的思路，所以无论是零件造型还是模具设计均可实现参数化结构变更。42.模具结构分析及优化当初始设计方案完成后，可直接使用CAD软件所设计出的3D图纸进行CAE模拟分析，从而可以优化设计方案，减少潜在的设计失误，缩短产品的开发周期，降低开发成本。下图为利用Moldflow软件进行的浇口位置分析下图为利用Moldflow软件进行的充填分析3.设计变更通过Moldflow软件的分析后得出了分析结果，如：最佳的浇口位置及塑料充填状态等。工程设计人员可以参照该结果重新优化模具结构。使模具结构更合理化，也大幅度降低了技术工人在后期试模、调模的工作量。4.ＣＮＣ数控加工5当模具设计完毕后，即可进行数控加工，将ＣＡＤ软件所设计的3Ｄ图纸直接导入ＣＡＭ软件中进行数控程序的编制，实现了零图纸加工，避免了二维图纸在转递几何信息过程中的不准确性，也易于实现自动化生产。下图为利用cimatron软件对型芯进行的数控编程加工轨迹仿真模拟加工图形5.ＣＭＭ三坐标检测工作零件经过ＣＮＣ数控加工完毕后，为保证零件精度达到设计要求，还需进行ＣＭＭ三坐标检测，以3Ｄ图纸为依据检查各个零件是否合格，使制造出的零件始终与工程设计人员的思路保持一致。6.装配、试模、修整进行最后的总装调试工作，对于普通注射模工艺流程来说，这是非常重要的一个环节，也是技术工人劳动强度最大的一个环节，需要反复试模、修整模具，直至注射出合格的产品。而本文中的CAD/CAM/CAE一体化技术流程则在模具设计时就已经通过ＣＡＥ软件进行过模拟分析，针对分析结果模具结构已进行过优化改进，正因为如此，试模时注射零件合格率将大幅提高。五、注射模CAD/CAM/CAE一体化技术的优越性（1）所有模具设计、加工、检测都基于塑料件的3D模型，实现模具CAD/CAM/CAE链的封闭。（2）基于三维装配的3D设计，可以方便控制塑料零件的体积；3D设计及装配可以及时排除模具设计时出现的错误。（3）3D模型大大减少二维图纸在技术信息传递过程中的不准确性。特别是在模具全球化采购的条件下，可直接用于CAM加工的三维模型消除了模具几何信息传递歧义，借助Internet网，大幅度减少模具图往返确认次数，缩短交货周期。（4）塑料件、模具三维设计模型可以直接引入CAE模拟分析系统，提前模拟分析，缩短模具生产周期。6（5）CAD参数化技术便于建立基于注射模具的统一数据库，提供了模具开发平台。（6）利用ＣＡＭ软件进行CNC高速加工技术与传统放电加工相比，省去电极制造一环，缩短了模具加工周期，提高模具加工精度。六、结束语计算机硬件、软件以及模具加工、检测技术的快速发展使得注射模具CAD/CAM/CAE一体化技术成为塑料模具企业切实可行的技术。精密、复杂、大型、高效是现代塑料模具业的发展趋势；只有基于高效率的模具CAD/CAM/CAE一体化技术平台才能实现塑料模具的高效率开发。