前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的CAD在高精密复杂模具设计中应用，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要：在国民经济快速稳定持续发展的大背景下，现代化的工业产品在性能和种类方面有着极大的提升和拓展。出于有效适应现代工业快速发展需求的考虑，高精密模具的设计和制造工作在速度和效率方面也需要得到进一步的拓展。就目前的情况来看，在设计和制造高精密复杂模具过程中，cad和CAM技术的应用，使得模具的设计和制造周期得到一定压缩的同时，提升了整体的加工质量以及高精密复杂模具加工的可能性。文章以高精密复杂模具设计中CAD/CAM的技术系统特征分析作为切入点，在全面分析CAD/CAM技术系统常用软件的前提下，对高精密复杂模具设计制造中CAD/CAM技术的具体应用展开了相应的分析。
关键词：高精密复杂模具；设计制造；CAD/CAM；应用
高精密模具设计制造过程中所用的CAD/CAM技术，是以模具的CAD和模具的CAM分别作为基础发展起来的一种综合性质的计算机模具生产技术。模具CAD/CAM是有效改造传统模具生产方式的关键技术，能够将计算机软件作为模具的设计和制造的有效辅助工具，确保技术人员能够借助计算机对产品、模具结构、成型工艺等方面进行合理优化和设计。本文通过研究模具CAD/CAM技术在高精密复杂模具设计制造中的应用，为今后这项技术的普及推广应用提出较大的价值和意义。
1高精密复杂模具设计制造中CAD/CAM技术系统特征
（1）良好的几何形状描述能力。应用在高精密模具设计制造中的CAD/CAM技术系统必须具备较为良好的物体几何形状描述能力。在模具设计工作中，由于模具的工作部分是以产品零件的形状作为基础设计的。无论何种类型的模具，在最初的设计阶段都必须参照产品零件最为精细的几何形状，否则自然无法将有关产品零件的几何信息输入到对应软件系统中，整个设计程序也就无法正常稳定运行。出于有效编制NC加工程序以及计算刀具轨迹的考虑，也需要建立模具零件的精准几何模型，故此CAD/CAM技术系统中的一个重要问题便是几何造型设计。
（2）生产成本降低。CAD/CAM技术在高精密模具设计制造过程中，能够极大地节省模具的设计、制造时间，提高整体的生产效率。CAD/CAM技术系统的应用，使得设计的计算和图样绘制工作自动化程度有所提高，极大地压缩了原本的人工设计时间。CAD/CAM技术的一体化应用，使得整个高精密模具从设计到制造的工作周期得到了显著的降低。计算机技术本身所具有的高速运算和自动绘图能力，极大地降低了人力资源的投入，同时模具设计方面的优化也在一定程度上节约了模具设备制造的投入原材料，比如，冲压件的毛坯优化排样能够使制造原材料利用效率提高5%~7%，并且CAD/CAM技术系统能够有效实现之前人工方式无法完成的复杂模具型面加工工作，有效压缩了模具的加工和调试工作时长，最终实现制造成本显著降低的目标。也正是因为CAD和CMCAD/CAM技术将设计人员从之前复杂繁琐的计算绘图工作中解放，使技术人员能够主动投入到创造性设计活动中。
2高精密复杂模具设计制造常用的CAD/CAM软件分析
（1）小型CAD/CAM软件。以windows平台作为基础诞生的SolidWorks软件，其设计空间有着较强的直觉性特点，也是当前应用范围最为广泛的一款三维实体造型CAD软件。这一软件能够将复杂三维零件实体造型装配和生产工程图做出直观化的展示，同时能够实现协同化的建模工作。这一软件内部也提供从现存的二维设计数据转化为三维零件模型的强大转换工具，其中也囊括了用于模具设计的MoldBase插件，能够为相关技术人员提供设计需要的基础标准框架，从而以最快速度完成模具设计工作。除此之外，以windows的图形数控编程系统作为基础研发出来的SurfCAM软件，能够将零件道具轨迹和零件加工的NC代码自动生成，并且在通用的后置处理功能和适应性方面有着较为强大的优势。这一软件内部带有的透视图基底的自动色彩编辑功能，在模具设计加工编程的过程中，能够以最快的速度将模型分解为型芯、型腔，有效压缩了高精密复杂模具零件的编程工作时长，并通过SRM优化加工方式，能够在具备复杂外形以及空间自由曲面的高精密模具类零件的编程工作中发挥重要作用。
（2）大型CAD/CAM软件。美国境内开发的Pro/E软件是一个以相对较为完善的数据库作为基础开发出的系统，其内部提供了诸多完善、统一的模型，能够为多个部门同时致力于单一产品的模型设计提供帮助。这一软件系统中所采用的面向对象的单一数据库和全参数化的造型技术，为高精密模具设计的三维实体造型提供了一个完善的技术平台，且可以为用户提供所需的功能模块，真正实现功能仿真制造数据管理等目标，同时这一系统具备独立于硬件的特点，在移植方面有着较大的优势。除此之外，I-DEAS软件也是目前较为常用的CAD/CAM技术软件，其中有效利用了主模型技术和先进的变量造型系统。这一软件在三维造型、刀具路径以及加工程序生成诸多方面具备强大的优势。在其逐渐更新的过程中，增加了复杂的零件设计、高级曲面造型等功能模块，为高精密复杂模具的设计制造提供了更为强大的技术支持。除此之外，CATIA软件因其自身在曲面设计方面的强大功能，得以在航空、汽车设计领域广泛应用。这一软件不但提供了较为丰富的造型工具，且具备高度统一化的用户界面以及数据库、应用程序接口，能够做到有机结合机械设计、工程分析等功能，最大化压缩高精密复杂模具设计制造的工作周期，显著提升最终的模具产品生产质量。
（3）有限元分析专用软件。ANSYS软件本身融合了结构、流体、电磁场、声场分析等技术，能够做到与大部分的CAD软件实现数据共享，这一软件主要囊括了前处理模块、分析计算模块、后处理模块3个部分，能够将模具工程中的各种结构和材料进行合理模拟，并借助模块计算功能发挥，对高精密模具设计结构、性能做出持续的优化、完善。同时以有限元程序作为基础诞生的DEFORM软件，其本质上是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统，主要囊括了前处理器、后处理器、有限元模拟和用户处理四个模块，主要被应用在各类塑性体积成型过程中的金属流动、应变力、温度等物理场的分布分析中。同时，DEFORM软件主要被用于板料成型的模拟过程中，换言之，在工艺和模型设计中遇到的复杂板材成型问题，通过使用这一软件能够得到有效的解决，借助成型过程中板料缺陷的模拟，能够对整体板料成型性能做出科学合理的评估，且其中所具备的完善的前后处理功能，能够实现文本编辑的目的，并提供与CAD软件之间的接口，具备较为优秀的二次开发功能。
3高精密复杂模具设计制造中CAD/CAM的应用分析
3.1高精密复杂模具设计中CAD/CAM应用。（1）图形设计。CAD/CAM技术在高精密模具设计制造过程中，首先被应用在图形设计中，可以直接借助这一系统开展工作。就目前的情况来看，高精密模具的开发和生产过程中，计算机和数控技术得到了广泛的应用普及。企业在经过市场调查和模具研究之后，能够在制定出完善生产决策的前提下，下达对应的生产计划，随后便可以进行高精密模具的设计和开发工作。设计人员通过使用模具CAD工作站，能够将高精密模具设计过程中的造型计算分析、工程图绘制等工作以最快的时间完成，且能够在设计阶段对模具产品质量有效做出科学合理的评价，确保设计人员能够从之前繁重的人工绘图工作中得以解放，拥有更多参与到创造性劳动中的时间，以此进一步推动高精密模具设计的精密度提升。同时，CAD/CAM技术也可以利用客户提供的现存CAD模型数据，将之转化为模具设计过程中所需要的图形。模具企业在设计制造高精密模具产品的过程中，往往会由客户提供绘制完成的图形，但由于客户和模具生产制造企业使用的软件存在一定的差异，便会在图纸数据交流方面出现一定的难度，由于绝大部分的CAD程序在数据库方面有着一定的差异，无法与其他系统共同分享集合数据，故此客户方所提供的CAD数据集合体必须翻译成模具制造方技术系统能够读取的信息。就目前的情况看来，虽然这一数据转化问题未能得到全面有效的解决，但目前开发出来的包含CADfix等在内的软件能够有效预防这一问题的发生。（2）CAE分析。模具CAD技术在诞生之后，经过多年的发展，已经在注塑模、压铸模、锻模等模具的设计优化方面得到了广泛的应用，并能够为模具产品的实际生产提供指导。注塑模的CAE技术主要囊括了模具结构的分析、运动分析诸多工作。压铸模的CAE，主要是以压铸件冲型的流场数值模拟等功能为主，最后的挤压模CAE则是将模具生产等中产品变形过程应力场的分布及其变化等问题做出全面分析以及实验，帮助设计人员以最终的分析结果作为基础，对模具产品的结构、功能做出科学的优化。比如在注塑成型的过程中，因其充模流动的过程较为复杂，处于高温状态的塑料容器，往往会在压力的影响下，通过流道和浇口向模具的型腔内进行填充，借此将型腔内部原有的气体全面排出，这便需要确定排气的具体位置。同样的，多股塑料熔体流料在某一处进行会合的时候，会形成相应的熔接痕，必须要确定融熔接痕的具体位置。在之前的注塑模成型过程中，这些问题的解决，往往需要经过反复多次的试模，不但浪费了模具生产资源，也极大地延长了模具的生产周期。而模具CAE技术的应用，能够在全面分析塑料熔体液态流动性的前提下，将浇口的位置大小、排气的位置做出合理确定，以此来帮助设计人员在设计阶段采取措施避免问题的发生。
3.2高精密复杂模具制造中CAD/CAM应用。（1）NC刀具的轨迹生成。数控编程技术作为高精密模具设计制造中不可或缺的关键技术，其工作体系的核心便是生成模具生产所需的刀具轨迹，在得到生产刀具轨迹之后，需要进行离散处理，使其成为一个个的刀位点，并在经过处理之后，得到最终的模具生产加工程序。CAD/CAM技术系统同样可以在NC刀具的轨迹生成发挥巨大的作用。就目前的状况来看，相对较为独立的CAN系统和一体化程度水平较高的CAD/CAM技术系统是NC刀具生成轨迹中最为有效的两种技术方式，其中前者独立性质相对较高的CAM系统主要是从其他的CAD文件或系统中将产品的几何模型进行提取，而后者即便同样是针对CAD系统中原有的零件产品几何模型进行提取，但需要借助内部数据格式的调用。由此不难看出，即便二者存在着方式层面的差异，但无论使用哪种系统，生成产品生产刀具轨迹、输入交互生产工艺参数、零件三维加工的动态仿真、编辑生产刀具轨迹、后置处理任务都是其中缺一不可的关键功能模块。作为国内高精密模具设计生产行业使用较为广泛的CAD/CAM系统的UG，其在刀具生产轨迹确定方面有着最为显著的优势，且能够针对常见的车削、线切割等形成完善的产品加工方式。（2）数控加工过程仿真系统。高精密模具在设计生产制造的过程中，零件在数控机床上的加工环节是需要借助数控指令程序来实现的。为了确保程序自身的精准性，有效预防在零件加工中出现的彼此碰撞干涉问题，在实际的生产工作中需要使用试切工作进行检验，但这种方式在浪费工时和生产材料的同时，使得产品的生产周期也有所增加。就目前的情况来看，CAD/CAM技术在这一环节中的应用是以当下NC切削仿真特点作为基础，划分为力学仿真和几何仿真两个方面。其中几何仿真因为不需要将切削力、切削参数以及其他影响因素考虑其中，只需要针对刀具相对于工件的应用进行仿真，以此来检验NC程序正确与否。几何仿真在具体的工作过程中，能够做到在不考量切削力、切削参数及其他影响因素的前提下，单纯仿真工件生产中刀具的具体应用，且能够较为直观地对NC程序的合理性进行检验。简单而言，这一数控加工技术仿真可以分为如下两类：第一，以自动编程作为基础得到NC程序，并将之用于加工过程的仿真。第二，针对之前的数据进行后置处理之后的加工过程仿真。由于后者的加工过程仿真模式并不能将高精密模具加工生产过程中的受力等因素全面考量，只能够检验刀具生产轨迹的正确与否，导致其应用局限性相对较大。以NC程序作为基础的加工仿真，不但能够有效将高精密模具设计制造过程中的干涉以及碰撞进行全面检验。而且能够测量整个模具设计制造过程所需要的工时相对而言，其使用性能更为优秀，得到了广泛的普及、应用。
4总结
目前工业生产水平的提高对于高精密模具功能以及设计水平提出了更高的要求，而CAD/CAM技术作为计算机发展过程中与工业生产和模具生产结合所诞生出的全新技术系统，得以在高精密模具的设计生产制造过程广泛应用。CAD/CAM技术能在提高模具设计精密程度以及精准度的同时，极大地缩短生产周期，而在相关技术持续更新发展的影响下，CAD/CAM技术系统必然会为高精密模具设计制造提供更为强大的技术支撑。
作者:方建荣 杨玉贵 单位:四川成飞集成科技股份有限公司