模具CAD/CAE/CAM技术的集成及其特点

来源：现代模具作者：发布时间：2008-04-24

关键字：模具软件网络化|逆向工程技术|加工

　　摘要：本文论述了目前国际和国内所使用的模具CAD/CAE/CAM技术。重点分析了各种技术的特点：模具软件的集成化；三维化；智能化；网络化以及并行技术；高速测量和逆向工程技术的应用以及现代模具加工技术。

　　现代化的模具制造加工业，应以使用模具CAD/CAE/CAM技术来实现优质、高效、低成本的产品生产为目标以适应用户对产品个性化的不断追求。在我国，有许多企业大都凭经验或已经在设计、制造等方面分散使用CAD、CAE、CAM单项技术来实现生产，这种“自动化孤岛”的方法使整个生产过程资源共享率低、信息不流畅，导致研制产品周期长、更新换代慢，难以在国际竞争中生存和发展。国外推广CAD/CAE/CAM技术成功的经验表明：企业取得显著效益，很多是从集成应用中得到的，而不是单项应用的结果。从CAD/CAE/CAM一体化的角度来说，其发展趋势是集成化、三维化、智能化和网络化，其中心思想是让用户在统一的环境中实现CAD/CAE/CAM协同作业，以便充分发挥各单元的优势和功效。

　　1 现代模具设计

　　1.1 模具软件功能集成化

　　模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益之目的。

　　如英国Delcam公司的系列化软件就包括了曲面实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等;以色列Cimatron公司的Cimatron系统中包括几何造型、模具专家、逆向工程、模架库、NC加工及产品数据管理系统;澳大利亚Moldflow公司注塑成型系列分析软件MPA(塑件顾问)、MPX(注塑专家)、MPI(流动、冷却、翘曲等)以及模具设计系统等。美国PTC公司CAD/CAE/CAM集成软件系统Pro/Engineer;美国EDS公司的UG;美国SDRC公司的I-DEAS集成化CAD/CAE/CAM软件，该软件在曲面设计、实体造型、仿真分析、制造、测试和并行工程等方面具有强大的功能，国际上有福特等许多汽车公司将它作为主流软件;美国Solidworks公司的Solidworks软件、C-mold公司的注塑模CAE分析软件C-mold;具备复杂曲面设计和数据仿真功能的法国Dassault公司的CATIA软件曲面造型功能较强;德国MAGMA公司的铸造过程流动与凝固分析软件MAGAMASOFT及IKV研究所的CAD MOULD;国外使用较多的还有外型设计的Alias/ICEM、实物造型的Surface、板料冲压仿真的LS-DYNA、DYNAFORM、模具设计的VAMOS及制造系统仿真的SIMPLE++等。

　　国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD/CAM系统;北京北航海尔软件有限公司的CAXA系列软件;吉林金网格模具工程研究中心的冲压模CAD/CAE/CAM系统，其主要功能有板料冲压过程模拟、预示成形缺陷、压机速度分析、坯料形状优化和各向异性、回弹预测等[1]。

　　1.2 模具设计、分析及制造的三维化

　　传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。如Pro/E、UG 、 I-DEAS、CATIA等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。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专业注塑模设计软件，可进行交互式3D型腔、型芯设计、模架配置及典型结构设计。澳大利亚Moldflow公司三维真实感流动模拟软件MoldflowAdvisers受到用户广泛的应用和好评。美国C-mold公司3DQuickfill也有类似功能。

　　国内有华中理工大学研制的同类软件HSC3D4.5F及郑州工业大学Z-mold软件。上海交通大学开发了金属塑性成形三维有限元仿真系统。北航海尔软件公司的CAXA三维电子图板2000和制造工程师2000能进行3D零件设计和NC加工，其特点是基于3D、参数化特征设计，实现了实体、曲面和NC加工的协调统一。

　　1.3 模具软件的智能化趋势

　　新一代模具软件要求模具CAD不再是对传统设计与计算方法的模仿，而是在先进设计理论指导下，充分运用模具专家的丰富知识和成功经验，来克服具体设计、工艺人员的经验局限，通过人工智能CAI等方法，实现设计的合理性和先进性，逐步达到从设计、分析评估到制造过程的完全自动化。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。如Cimatron公司的注塑模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产生材料明细表和供NC加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。而PTC公司推出的模具专家系统EMX则更为经典，它具有前面其他模具专家系统的共有特点外，还能实现模具装配体的2D装配图的自动出图，从而大大减轻了模具设计工程师的劳动量，提高效率，减少模具开发的时间，另外在它的EMX4..1里还强化了产品的成本计算，可以估算模具的总体成本，为模具的效率计算提供了有力依据，实现信息技术及现代管理技术【2】。

　　1.4模具软件应用的网络化趋势

　　随着模具在企业竞争、合作、生产和管理的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，又有可能。美国在其《21世纪制造企业战略》中指出，到2006年要实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方案，使汽车开发周期从40个月缩短到4个月。Delcam公司最近推出的CAD/CAM集成化系统PowerSolution覆盖了几何建模、逆向工程、工业设计、工程制图、仿真分析、快速原型、数控编程、测量分析等方面。系统的每一个功能模块既可独立运行，又可通过数据接口与其它系统兼容，便于实现开放性、兼容性和专业化的统一。

　　1.5并行工程技术在模具中应用

　　模具是面向定单式的生产方式，属于单性生产，制造过程复杂，要求交货时间短。如果利用CAD、CAM单元技术制造模具，制造精度低、周期长，为了解决上述难题，我们将并行工程技术引入到模具制造过程中。