模具CAD/CAM软件的应用与开发现状

       模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上发展起来的，它是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃。模具CAD/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工种。它以计算机软件的形式，为用户提供一种有效的辅助工具，使工种技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CAD/CAE在技术的迅猛发展，软件，硬件水平的进一步完善，为模具工业提供了强有力的技术支持，为企业的产品设计，制造和生产水平的发展带来了质的飞跃，已经成为现代企业信息化，集成化、网络化的最优选择。
　　
　　一 、模具CAD/CAM发展概况
　　
　　模具CAD/CAM的发展状况符合通用CAD/CAM 软件的发展进程。目前通用CAD/CAM 软件的发展现状如下:CAD技术经历了二维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。近年来又出现了许多先进技术，如变量化技术、虚拟产品建模技术等。随着互联网的普及，智能化(intelligent)、协同化(collaborative )、集成化(integrated)成为技术新的发展特点，使CAD技术得以更广泛的应用，发展成为支持协同设计、异地设计和信息共享的网络CAD。
　　
　　二、模具CAD/CAM的特点
　　
　　一个稳定的、可以满足实际生产设计需要的模具CAD/CAM系统应该具备下列特点:
　　
　　(l)模具CAD/CAM系统必须具备描述物体几何形状的能力。模具设计中因为模具的工作部分(如拉深模、锻模和注射模的型腔)是根据产品零件的形状设计的。所以无论设计什么类型的模具，开始阶段必须提供产品零件的几何形状。否则，就无法输人关于产品零件的几何信息，设计程序便无法运行。另外，为了编制NC加工程序，计算刀具轨迹，也需要建立模具零件的几何模型。因此，几何造型是模具CAD/CAM中的一个重要问题。
　　
　　(2)标准化是实现模具CAD的必要条件。模具设计一般不具有唯一性。为了便于实现模具CAD，减少数据的存储量，在建立模具CAD系统时首先要解决的问题便是标准化问题，包括设计准则的标准化、模具零件和模具结构的标准化。有了标准化的模具结构，在设计模具时可以选用典型的模具组合，调用标准模具零件，需要设计的只是少数工作零件。
　　
　　(3)设计准则的处理是模具CAD中的一个重要问题。人工设计模具所依据的设计准则大部分是以数表和线图形式给出的。
　　
　　三、模具CAD/CAM的优势
　　
　　计算机与设计人员交互作用，有利于发挥人机各自的特长，使模具设计和制造工艺更加合理化。系统采用的优化设计方法有助于某些工艺参数和模具结构的优化。
　　
　　(1) CAD/CAM可以节省时间，提高生产率。设计计算和图样绘制的自动化大大缩短了设计时间。CAD与CAM的一体化可显着缩短从设计到制造的周期。
　　
　　(2) CAD/CAM可以较大幅度地降低成本。计算机的高速运算和自动绘图大大节省了劳动力。优化设计带来了原材料的节省，例如，冲压件的毛坯优化排样可使材料利用率提高5%—7%。采用CAM可加工传统方法难以加工的复杂模具型面，可减少模具的加工和调试工时，使制造成本降低。CAD/CAM的经济效益有些可以估算、有些则难以估算。由于采用CAD/CAM术，生产准备时间缩短，产品更新换代加快，大大增强了产品的市场竞争能力。
　　
　　(3) CAE/CAM技术将技术人员从繁冗的计算、绘图和NC编程工作中解放出来，使其可以从事更多的创造性劳动。
　　
　　(4) 随着塑性成形过程计算机模拟技术的提高，模具CAD/CAM/CAE一体化技术可以大大增加模具的可靠性，减少直至不需要试模修模过程，提高模具设计、制造的一次成功率。
　　
　　四 、模具行业采用模具CAD/CAM技术的原因
　　
　　传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品迅速更新换代和提高质量的要求。因此国内外企业纷纷采用模具CAD/CAM技术。模具行业采用模具CAD/CAM技术的主要理由是:
　　
　　(1) 利用几何造型技术获得的几何模型可供后续的设计分析和数控编程等方面使用。
　　
　　(2) 可以缩短新产品的试制周期，例如在汽车工业中，可缩短模具的设计制造周期。
　　
　　(3) 提高产品质量的需要，如汽车车身表面等形状，需要利用计算机准备数据和完成随后的制造工作。
　　
　　(4) 模具制造厂和用户对CAD/CAM的需要增加。例如，利用磁盘进行数据传送，用户要求模具制造单位能够交换信息和处理这些数据。
　　
　　(5) 模具加工设备的效率不断提高，需要计算机辅助处理数据，以提高设备利用率。
　　
　　(6) 在企业中建立联系各个部门的信息处理系统。
　　
　　五 、模具CAD/CAM技术在模典行业的应用现状
　　
　　模具 CAD/CAM技术发展很快。应用范围日益扩大。在冲模、锻模、挤压模、注射模和压铸模等方面都有比较成功的CAD/CAM系统。采用CAD/CAM技术是模具技术、生产革新化的措施，是模具技术发展的一个显着特点。
　　
　　目前我国模具行业应用的模具CAD/CAM软件可以分为两大类:一是机械行业内通用的的CAD/CAM，如前面介绍的Unigraphics(UG)、SOLIDEDGE、AutoCAD、SolidWorks 、Pro/Engneer等。二是专门针对模具行业开发的模具CAD/CAM系统，如:上海交大模具CAD国家工程中心开发的冷冲模CAD系统等。
　　
　　(1) 国外模具CAD/CAM技术的应用现状
　　
　　工业发达国家较大的模具生产厂家在CAD/CAM上进行了较大的投资，正大力开发这一技术。目前，应用CAD/CAM技术较普遍的为美、日、德等国。例如，日本丰田汽车公司于1965 年将数控用于模具加工。20世纪80 年代初期开始采用覆盖件冲模CAD/CAM系统。该系统包括设计覆盖件的NTDFB和CADEIT软件和加工凸、凹模的TINCA软件。利用三坐标测量仪测量粘土模型，并将数据送人计算机。将所得图形经平滑处理后，再把这些数据用于覆盖件设计、冲模的设计与制造。该系统有较强的三维图形功能，可在屏幕上反复修改曲面形状，使工件在冲压成形时不致产生工艺缺陷，从而保证了模具和工件的质量。模具型面的模型保存在数据库中，TINCA软件可利用这些数据，进行模具型面的数控加工。
　　
　　(2) 国内模具CAD/CAM技术的应用现状
　　
　　经过近几十年的发展，在国内的模具生产中，CAD/CAM技术已经得到广泛的应用。模具行业已引进相当数量的国外CAD/CAE系统， 如: Unigraphics(UG)、SOLIDEDGE、AutoCAD、SolidWorks、Pro/Engineer等。并配置了运行速度快、性能高的计算机。
　　
　　但是对于国内一些大型模具企业，它们的CAD/CAM应用状况多停留在从国外购买先进的CAD/CAM系统和设备，但在其上进行的二次开发较少，资源利用率低;对于国内一些中小型模具企业，它们的CAD/CAM应用很少，有些仅停留在以计算机代替画板绘图。所以有必要改善国内模具企业的CAD/CAM应用状况，使它们真正做到快速、准确地对市场做出反应，并使制造的模具产品质量高、成本低，即达到敏捷制造的目的。
　　
　　六 、我国模具CAD/CAM软件自主开发和二次开发情况
　　
　　
　　我国模具CAD/CAE的开发开始于20 世纪70年代末，发展也很迅速。在微机平台上开发CAD/CAM软件方面我国与国外起点差不多，都是使用Visual C++，OpenGL等工具进行软件开发，国内许多高校、软件公司和企业在此基础上开发出了先进的，有自己特色，符合中国用户习惯的CAD/CAE软件或模块，其中有一些成果已经得到了推广和使用。国内开发适合模具行业的CAD/CAM软件，主要采用两种途径——在现有CAD/CAM平台上进行二次开发和开发拥有自主版权的CAD/CAM系统。
　　
　　(1) 基于现有模具CAD/CAM平台二次开发成果
　　
　　华中科技大学1997推出了HSC2.0注射模CAD/CAE/CAM集成系统，HSC2.0系统以AUTOCAD 软件包为图形支撑平台，包括模具结构设计子系统，结构及工艺参数计算较核子系统，塑料流动、冷却等子系统等。合肥工业大学基于AUTOCAD与MDT的三维参数化注射模系统IPMCADV4.0。
　　
　　(2) 自行开发的拥有自主版权的模其CAD/CAM系统
　　
　　由北京北航海尔软件有限公司推出的三维电子图板和CAXA—ME制造工程师2000，能进行3D零件设计与NC加工，其特点是基于3D参数化的特征设计，实现了实体、曲面和NC加工的协调与统一。上海交通大学中模公司开发的金属塑性成型三维有限元仿真系统，其刚(粘)塑性有限元分析器和动态边界处理技术达到了国际先进水平。吉林金网格模具工程研究中心所开发的冲压模具CAD/CAE/CAM一体化系统。浙江大天电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化造型系统GS一CAD98。金银花(Lonicera)系统是由广州红地技术有限公司开发的基于STEP标准的CAD/CAM系统。开目CAD是华中理工大学机械学院开发的具有自主版权的基于微机平台的CAD和图纸管理软件。中科院凯思软件集团及北京凯思博宏应用工程公司开发了具有自主版权的PICAD系统及系列软件。这些软件已经在许多模具行业中的企业得到推广和应用。
　　
　　七 、我国模具CAD/CAM软件应用与开发中存在的主要不足
　　
　　近几年来，我 国CAD/CAM系统的开发和应用取得了一些成绩，国内已初步形成了CAD/CAM 商品化软件市场。在CAD/CAM软件应用与开发存在的不足主要有以下几点:
　　
　　(l) 不少的企业对CAD的认识还仅仅停留在绘图阶段，缺乏设计方法和设计理论的指导，从而使CAD产生的效益尚未得到充分发挥。
　　
　　(2) CAD/CAM软件应用人员层次不齐，不能让CAD软件得到的高效率应用。
　　
　　(3) 在引进模具CAD/CAM技术时存在着盲目性倾向，许多企业没有充分考虑各种CAD/CAM软件的特点，购买回来的CAD/CAM软件不能完全适用于本企业的产品设计与开发工作。
　　
　　(4) 引进的模具CAD/CAE系统的二次开发跟不上，致使引进软件的效率不能完全发挥。
　　
　　(5) 国内模具CAD/CAM技术水平还处于高技术集成和向产业化、商品化过渡的时期，自主开发的模具CAD/CAM系统商品化程度不够高，功能和稳定方面与国外先进软件还有很大差距。
　　
　　(6) 我国CAD技术开发创新少、仿制多。没有创新就没有竞争力，只仿制就不能开发出有竞争力的产品。从我国二维CAD到目前研制的三维CAD都存在这一问题。
　　
　　(7) 我国CAD软件的开发缺乏理论和算法的研究。CAD技术是一项综合性的高新技术，涉及面广而复杂，技术变化快，竞争激烈。
　　
　　(8) 信息集成技术落后。信息技术的广泛集成是以产品数据管理(PDM)和过程管理(PM)为基础，实现CAD/CAPP/CAM和ERP的有机集成，在并行工程中PDM也是重要的基础。因此，这类基础性软件也被国外的系统占领了市场。而我们的CAD/CAPP/CAM集成技术又是建立在国外基础系统上。
　　
　　八 、结论
　　
　　在模具CAD/CAM的应用方面，我国模具CAD/CAM的应用有了长足的发展，模具CAD/CAM技术已经被广泛应用于我国企业。
　　
　　但总的来说，我国目前模具行业使用CAD/CAM技术还存在着许多弊端，模具CAD/CAM技术水平还处于高技术集成和向产业化商品化过渡的时期，自主开发的模具CAD/CAM软件的开发水平、商品化、市场化程度都不如发达国家。软件在可靠性和稳定性方面与国外工业发达国家的软件尚有一些差距。