应用模具CAD/CAM技术的优势

（一）CAD/CAM技术在模具行业的应用状况

随着工业技术的发展，产品对模具的要求愈来愈高，传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品及时更新换代和提高质量的要求。因此，国外先进工业国家对模具CAD/CAM技术的开发非常重视。早在20世纪60年代初期，国外一些飞机和汽车制造公司就开始了CAD/CAM的研究工作，投入了大量人力和物力。各大公司都先后建立了自己的CAD/CAM系统，并将其应用于模具的设计与制造。

这些公司采用模具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。

工业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。如法国FOS模具公司已购买了大型CAD/CAM系统，日本黑田精工株式会社已大力投资开发CAD/CAM系统，瑞士法因图尔公司采用大型CAD/CAM系统设计加工模具已占30%。目前，应用CAD/CAM技术较普遍的为美、日、德等国。

模具CAM在国外应用较广，计算机控制的数控机床加工模具约20%～30%。此外，加工中心（MC）、柔性制造系统（FMS）已开始用于模具制造。一般说来，CAM比CAD应用更为广泛、在欧洲，用传统的机加工方法生产的模具和用NC加工方法生产的模具之比为70∶30。在日本，这一比值为40∶60。

我国模具CAD/CAM的开发开始于20世纪70年代末，发展也很迅速，到目前为止，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、辊锻模、锤锻模和注塑模等CAD/CAM系统。国内一些院校和研究单位也陆续成立了模具研究中心或研究室，其中华中科技大学在精冲模、冲裁模、汽车覆盖件的CAD/CAM方面，浙江大学在普通冲裁模以及智能级进模的CAD/CAM方面，西安交通大学在普通冲裁模、弯曲级进模以及拉延模的CAD方面，北京机电研究所在普通冲裁模和精冲模的CAD方面，清华大学在锻模的CAD方面，吉林工业大学在辊锻模和锤锻模的CAD/CAM方面都取得了一些研究成果，有些已开始在工业上初步应用。

（二）模具CAD/CAM的优越性

模具CAD/CAM的优越性赋予了它无限的生命力，使其得以迅速发展和广泛应用。无论在提高生产率、改善质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，CAD/CAM技术的优越性是传统的模具设计制造方法所不能比拟的。

1）CAD/CAM知识技术密集，综合性强，可以提高模具的质量。在计算机系统内存储了各有关专业的综合性的技术知识，其技术高度密集，涉及学科领域多，知识面广，技术性更强，为模具的设计和工艺的制定提供了科学的依据，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。

2）CAD/CAM可以节省时间，提高生产率，经济效益显著。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的一体化可显著缩短从设计到制造的周期。由于模具质量提高，可靠性增加，装修时间明显减少，模具的交货时间大大缩短。据有关资料统计分析，用传统的方法制造模具，从设计到制成产品交货，大约需要几个月的时间。而采用模具CAD/CAM技术则可缩短为十几天甚至几天的时间，这就为企业在激烈的市场竞争中赢得了时间，以创造良好的经济效益。(www.xing528.com)

3）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，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技术，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。

4）有利于提高模具的标准化程度，极大地发挥人的创造性。标准化工作可有效地促进模具CAD/CAM技术的发展，而模具CAD/CAM则要求模具设计过程的标准化、模具结构的标准化、模具制造过程的标准化和工艺条件的标准化。CAD/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。

5）更新速度快，初始投资大。模具CAD/CAM技术的更新速度快，能适应市场形势的变化，为企业带来很高的效益，但它的初始投资却是巨大的，这也是制约模具CAD/CAM推广应用的一个重要因素。

6）适应性广，这是模具CAD/CAM技术的又一特点。它不仅能适应于大型企业，而且也适用于中、小型企业。

模具CAD/CAM技术仍然是在不断发展中的技术，其发展的最高阶段是计算机集成制造系统（CIMS），其目标是模具制造的自动化，这就要求有较长时间的研究开发和巨额的资金投入。随着CAD/CAM技术的不断发展和完善，必将在机械制造业中发挥巨大的作用，为社会带来不可估量的经济效益。

（三）模具CAD/CAM的流程（见图9-3-1）

图9-3-1 模具CAD/CAM流程图

（四）模具CAD/CAM的特点

1.模具CAD/CAM系统必须具备描述物体几何形状的能力

有些设计过程最初提出的要求是一些参数或性能指标。例如，设计锻压设备提出的要求是吨位、行程、封闭高度或其他使用性能，并不规定设备的形状如何。但是，模具设计则不同，因为模具的工作部分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。这就要求模具CAD系统具备描述物体几何形状的能力，即几何造型的功能，否则，就无法输入关于产品零件的几何信息，设计便无法运行，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。对于同一产品零件，不同设计人员设计的模具不尽相同。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。标准化工作涉及的问题较多，有技术问题，也有管理问题。目前我国已颁布“标准化法”，对于已公布的模具标准，模具CAD中应予贯彻使用。

模具CAD由于其自身的特点，要求采用系统的、定量的设计方法。因此，种类繁多的成形零件和成形工艺，以及缺乏系统的、定量的设计方法，是建立模具CAD系统时遇到的一个突出矛盾，解决这一矛盾的有效途径便是成组技术（Group Technology，GT）。

成组技术用于塑性加工，就是按照成形零件的形状、尺寸和材料的不同，将其加以分类，根据各类成形零件的不同特点，采用不同的生产工艺和模具设计方法。成组技术有助于以定量的方式表述现有的设计经验，设立系统的设计方法，这样，就使得在现有技术发展水平上较容易建立模具CAD系统。