【文章內容簡介】 模具工作者的經驗，僅憑計算機的數(shù)值計算功能去完成諸如模具設計方案的選擇、工藝參數(shù)與模具結構的優(yōu)化、成型缺陷的診斷以及模具成形性能的評價是不現(xiàn)實的。新一代模具 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)正在利用 KBE（基于知識的工程）技術進行脫 胎換骨的改造。知識集成的主要目的是將分散的知識按照一定的邏輯規(guī)則有機的結合起來，使知識有序化、層次化，從而高效地利用知識資源，有利于知識創(chuàng)新。網絡等信息技術的發(fā)展為知識集成發(fā)展提供了很好的外部條件，而模塊化的工程設計方法為知識集成的實現(xiàn)提供了必要的內部條件。如 UGII中所提供的人工智能模塊 KF（ KnowledgeFusion）安徽工貿職業(yè)技術學院 第 頁 11 20。 利用 KF可將設計知識融入系統(tǒng)之中，以便進行圖形識別與推理。國內研究工作者在此方面做了大量的研究工作，并在某些方面取得了長足發(fā)展。 與先進制造技術的結合 采用高速加工 技術，得到的產品質量好，生產效率高。高速加工過程中，機床主軸以極高的轉速運轉，激振頻率遠遠離開了“機床 — 刀具 — 工件”系統(tǒng)的固有頻率范圍，零件加工過程平穩(wěn)無沖擊，因此加工精度高，表面質量好，經過高速銑削得型腔表面可以到達磨削的水平，省了很多精加工 [21]。用高速銑加工中心加工零件，可以在一次裝夾中完成型腔的粗精加工和模具零件其他部位的機械加工，并且不需要做電極，不需要手工研磨和拋光。 虛擬產品設計和制造。虛擬現(xiàn)實技術集成了計算機圖形學、多媒體、人工智能、網絡、多傳感器、并行處理等技術。模具虛擬產品設計技術是虛 擬現(xiàn)實技術在模具產品制造中的應用或實現(xiàn)，是模具現(xiàn)實設計環(huán)境和制造環(huán)境的計算機內部映射，是虛擬制造的重要內容；虛擬制造是以仿真技術、虛擬現(xiàn)實技術等為支撐，對模具設計、加工、裝配、維護經過統(tǒng)一建模形成虛擬的環(huán)境、虛擬的過程和虛擬的產品 [22]。虛擬技術使得產品的設計和制造更加直觀化，并且有利于發(fā)現(xiàn)問題，即使修正，避免了在真正設計制造中出現(xiàn)問題引發(fā)的資源損耗 。 模具標準件選擇向智能化發(fā)展 由于人工智能、知識和知識表示的引入，使得模具標準件選擇智能化，減少了人工操作量，提高了模具設計的效率，同時減少了設計中 錯誤紕漏的發(fā)生。國內的許多專家對此提出了先進的理論，比如：卜昆提出設計一個參數(shù)化的尺寸驅動的三維建庫工具 [23]； 莫蓉分析了面向轉配的標準件庫的信息結構，提出和實現(xiàn)了滿足裝配建模的一種標準件建庫方法和建庫工具。這些理論對模具標準件選擇向智能化發(fā)展都有深遠的影響。 安徽工貿職業(yè)技術學院 第 頁 12 CAD/CAM軟件自主開發(fā)和二次開發(fā)情況 我國模具 CAD/CAM 的開發(fā)開始于 20 世紀 70 年代末，發(fā)展也很迅速。在微機平臺上開發(fā) CAD/CAM 軟件方面我國與國外起點差不多，都是使用 Visual C++，OpenGL 等工具進行軟件開發(fā)， 國內許多高校、軟件公司和企業(yè)在此基礎上開發(fā)出了先進的，有自己特色，符合 中國 用戶習慣的 CAD/CAM 軟件或模塊，其中有 一些成果已經得到了推廣和使用。到目前為止，先后通過國家有關部門鑒定的有精沖模、普通沖裁模、鍛模、錘模和注塑模等 CAD/CAM 系統(tǒng)。但是，直到現(xiàn)在這些系統(tǒng)大多數(shù)尚未在生產中廣泛推廣應用 國內開發(fā)適合模具行業(yè)的 CAD/CAM 軟件，主要采用兩種途徑 — CAD/CAM 上 開發(fā)和開發(fā)擁有自主版權的 CAD/CAM 系統(tǒng) (1)基于現(xiàn)有模具 CAD/CAM 平臺 二 次開發(fā)成果 華中科技大學 1997 年推出了 注射模 CAD/CAE/CAM 集成系統(tǒng)， 系統(tǒng)以 AUTOCAD 軟件包為圖形支撐平臺，包括模具結構設計子系統(tǒng)，結構及工藝參數(shù)計算較核子系統(tǒng)，塑料流動、冷卻等子系統(tǒng)等。合肥工業(yè)大學基于 AUTOCAD 與 MDT 的三維參數(shù)化注射模系統(tǒng) 。另外眾多的科研單位和企業(yè)也針對具體應用開發(fā)了眾多的插件和模塊，如武漢汽車工業(yè)大學開發(fā)了基于 SOLIDWORKS的三維標準件庫 3DPARTLIB等 。 (2)自行開發(fā)的擁 有自主版權的模具 CAD/CAM 系統(tǒng) 由北京北航海爾軟件有限公司推出的三維 電子 圖板和 CAXAME 制造工程師 2020，能進行 3D 零件設計與 NC 加工，其特點是基于 3D 參數(shù)化的特征設計，實現(xiàn)了實體、曲面和 NC 加工的協(xié)調與統(tǒng) 一 。上海 交通 大學中模公司開發(fā)的金屬塑性成型三維有限元仿真系統(tǒng)，其剛（粘）塑性有限元分析器和動態(tài)邊界處理技術達到了國際先進水平。吉林金網格模具工程研究中心所開發(fā)的沖壓模具 CAD/CAE/CAM1 體化系統(tǒng)，將設計、模擬與制造有機結合起來。浙江大天電子信息工程有限公司開發(fā)的基于特征的參數(shù)化造型系統(tǒng) GSCAD98。金銀花系統(tǒng)是由廣州紅地技術有限公司開發(fā)的基于STEP 標準的 CAD/CAM 系統(tǒng)。開目 CAD 是華中理工大學機械學院開發(fā)的具有自主版權的基于微機平臺的 CAD 和圖紙管理軟件。中科院凱思軟件集團及北京凱思博宏應用工程公司開發(fā) 了具有自主版權的 PICAD 系統(tǒng)及系列軟件。這些軟件已經在許多模具行業(yè)中的企業(yè)得到推廣和應用 。 安徽工貿職業(yè)技術學院 第 頁 13 第三章 、 CAD/CAM 在模具加工中的應用 CAD/CAM在模具加工中的應用 計算機輔助制造（ CAM）主要用來解決產品造型設計和分析、加工問題，可完成模具產品造型、產品可裝配性檢查、動態(tài)流體分析等工作。常用軟件有 UG、Pro/Engineer、 Mastercam、 Cimatron 和 CAXA 等，這些軟件都具有模具設計開發(fā)功能。運用知識工程技術 (KBE)，把模具設計原理、經驗、技能和規(guī)范等結合到系統(tǒng)中，設計人 員只要輸入工況參數(shù)、工程參數(shù)或應用要求，系統(tǒng)就能自動推理構造出符合要求的數(shù)字化幾何模型。有的設計軟件如（ UG）還具有數(shù)據(jù)讀入、零件建模、縮放控制、自動模型布局、分模等功能，通過使用過程模板和標準件庫，把過程向導技術應用于模具的優(yōu)化設計中，使只有最基礎模具設計概念的初級設計人員也能設計出高質量的模具來，大大提高了模具設計工作的效率。 高速加工對加工工藝、走刀方式比傳統(tǒng)方式有著特殊要求，因而要求 CAM系統(tǒng)能夠滿足這些特定工藝要求。為了能夠確保最大切削效率，又保證在高速切削時加工安全性， CAM 系統(tǒng)應能根據(jù)加工瞬 時余量大小，自動對進給率進行優(yōu)化處理，以確保高速加工刀具受力狀態(tài)的平穩(wěn)性，提高刀具使用壽命。 CAM 軟件在生成刀具軌跡方面具備了以下功能： ，避免突然加速或減速 ，以免因局部過切而造成刀具或設備的損壞。 ，一般應采用多次加工或采用系列刀具從大到小分層加工，避免用小刀一次加工完成，還應避免全力寬切削。 、螺旋下刀或圓弧下刀，避免垂直下刀直接接近工件材料； 行間連接采用圓弧連接。 ，可通過精確裁剪減少空刀，提高效率，也可用于零件局部變化時的編程，此時只需修改變化的部分，無須對整個模型重編。 ，避免多余空走刀、抬刀，可通過對刀具軌跡鏡像、復制、旋轉等操作，避免重復計算。 。 生產實踐表明，高速加工技術在模具制造中有加工精度高、表面質量好和生產效率高等特點。舉幾個典型應用實例。 安徽工貿職業(yè)技術學院 第 頁 14 用制造插座的壓鑄模具為例，材料硬度為 54HRC。 釆 用傳統(tǒng)加工時的工藝過程是： 粗加工 線切割 淬火 EDM 成形 拋光，加工總工時為 55h。 釆 用高速加工時工藝過程是：粗加工 淬火 HSC拋光，加工總工時僅為 。工效提高近 4倍。高速加工后的模具表面質量極佳，還可大幅度降低生產成本。 以生產卡車外殼的大型模具為例，現(xiàn)在 釆 用高速加工方法制造，粗加工刀具為直徑 的球頭銑刀，主軸轉速 9000r/min，進給速度 5000mm/min；精加工刀具為直徑 8mm 的球頭銑刀，主軸轉速 20200r/min，進給量 2020mm/min，高速銑削后達到的表面粗糙度為 1um。因此不必再進 行手工研磨，只需用油石拋光。和原來 釆 用的電加工工藝相比，手工操作時間減少了 40%。 CAD/ CAM技術 鑄造成形過程模擬的探索性工作始于求解鑄件的溫度場分布。 1962 年丹麥的 Fursund 用有限差分法首次對二維形狀的鑄件進行了凝固過程的傳熱計算，1965 年美國通用汽車公司 Henzel 等對汽輪機鑄件成功進行了溫度場模擬，從此鑄件在模具型腔內的傳熱過程數(shù)值分析技術在全世界范圍內迅速開展。從上世紀70 年代到 80 年代，美國、英國、法國、日本、丹麥等相繼在鑄件凝固模擬研究和應用上取得了顯著成果，并陸續(xù) 推出一批商品化模擬軟件。進入 90 年代后，我國的高等院校，如清華大學和華中科技大學在該領域也取得了矚目的成就。 單純的傳熱過程模擬并不能準確計算出鑄件的溫度變化和預測鑄造中可能產生的缺陷，充模過程對鑄件初始