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摘要：在國民經濟快速穩定持續發展的大背景下，現代化的工業產品在性能和種類方面有著極大的提升和拓展。出于有效適應現代工業快速發展需求的考慮，高精密模具的設計和制造工作在速度和效率方面也需要得到進一步的拓展。就目前的情況來看，在設計和制造高精密復雜模具過程中，cad和CAM技術的應用，使得模具的設計和制造周期得到一定壓縮的同時，提升了整體的加工質量以及高精密復雜模具加工的可能性。文章以高精密復雜模具設計中CAD/CAM的技術系統特征分析作為切入點，在全面分析CAD/CAM技術系統常用軟件的前提下，對高精密復雜模具設計制造中CAD/CAM技術的具體應用展開了相應的分析。
關鍵詞：高精密復雜模具；設計制造；CAD/CAM；應用
高精密模具設計制造過程中所用的CAD/CAM技術，是以模具的CAD和模具的CAM分別作為基礎發展起來的一種綜合性質的計算機模具生產技術。模具CAD/CAM是有效改造傳統模具生產方式的關鍵技術，能夠將計算機軟件作為模具的設計和制造的有效輔助工具，確保技術人員能夠借助計算機對產品、模具結構、成型工藝等方面進行合理優化和設計。本文通過研究模具CAD/CAM技術在高精密復雜模具設計制造中的應用，為今后這項技術的普及推廣應用提出較大的價值和意義。
1高精密復雜模具設計制造中CAD/CAM技術系統特征
（1）良好的幾何形狀描述能力。應用在高精密模具設計制造中的CAD/CAM技術系統必須具備較為良好的物體幾何形狀描述能力。在模具設計工作中，由于模具的工作部分是以產品零件的形狀作為基礎設計的。無論何種類型的模具，在最初的設計階段都必須參照產品零件最為精細的幾何形狀，否則自然無法將有關產品零件的幾何信息輸入到對應軟件系統中，整個設計程序也就無法正常穩定運行。出于有效編制NC加工程序以及計算刀具軌跡的考慮，也需要建立模具零件的精準幾何模型，故此CAD/CAM技術系統中的一個重要問題便是幾何造型設計。
（2）生產成本降低。CAD/CAM技術在高精密模具設計制造過程中，能夠極大地節省模具的設計、制造時間，提高整體的生產效率。CAD/CAM技術系統的應用，使得設計的計算和圖樣繪制工作自動化程度有所提高，極大地壓縮了原本的人工設計時間。CAD/CAM技術的一體化應用，使得整個高精密模具從設計到制造的工作周期得到了顯著的降低。計算機技術本身所具有的高速運算和自動繪圖能力，極大地降低了人力資源的投入，同時模具設計方面的優化也在一定程度上節約了模具設備制造的投入原材料，比如，沖壓件的毛坯優化排樣能夠使制造原材料利用效率提高5%~7%，并且CAD/CAM技術系統能夠有效實現之前人工方式無法完成的復雜模具型面加工工作，有效壓縮了模具的加工和調試工作時長，最終實現制造成本顯著降低的目標。也正是因為CAD和CMCAD/CAM技術將設計人員從之前復雜繁瑣的計算繪圖工作中解放，使技術人員能夠主動投入到創造性設計活動中。
2高精密復雜模具設計制造常用的CAD/CAM軟件分析
（1）小型CAD/CAM軟件。以windows平臺作為基礎誕生的SolidWorks軟件，其設計空間有著較強的直覺性特點，也是當前應用范圍最為廣泛的一款三維實體造型CAD軟件。這一軟件能夠將復雜三維零件實體造型裝配和生產工程圖做出直觀化的展示，同時能夠實現協同化的建模工作。這一軟件內部也提供從現存的二維設計數據轉化為三維零件模型的強大轉換工具，其中也囊括了用于模具設計的MoldBase插件，能夠為相關技術人員提供設計需要的基礎標準框架，從而以最快速度完成模具設計工作。除此之外，以windows的圖形數控編程系統作為基礎研發出來的SurfCAM軟件，能夠將零件道具軌跡和零件加工的NC代碼自動生成，并且在通用的后置處理功能和適應性方面有著較為強大的優勢。這一軟件內部帶有的透視圖基底的自動色彩編輯功能，在模具設計加工編程的過程中，能夠以最快的速度將模型分解為型芯、型腔，有效壓縮了高精密復雜模具零件的編程工作時長，并通過SRM優化加工方式，能夠在具備復雜外形以及空間自由曲面的高精密模具類零件的編程工作中發揮重要作用。
（2）大型CAD/CAM軟件。美國境內開發的Pro/E軟件是一個以相對較為完善的數據庫作為基礎開發出的系統，其內部提供了諸多完善、統一的模型，能夠為多個部門同時致力于單一產品的模型設計提供幫助。這一軟件系統中所采用的面向對象的單一數據庫和全參數化的造型技術，為高精密模具設計的三維實體造型提供了一個完善的技術平臺，且可以為用戶提供所需的功能模塊，真正實現功能仿真制造數據管理等目標，同時這一系統具備獨立于硬件的特點，在移植方面有著較大的優勢。除此之外，I-DEAS軟件也是目前較為常用的CAD/CAM技術軟件，其中有效利用了主模型技術和先進的變量造型系統。這一軟件在三維造型、刀具路徑以及加工程序生成諸多方面具備強大的優勢。在其逐漸更新的過程中，增加了復雜的零件設計、高級曲面造型等功能模塊，為高精密復雜模具的設計制造提供了更為強大的技術支持。除此之外，CATIA軟件因其自身在曲面設計方面的強大功能，得以在航空、汽車設計領域廣泛應用。這一軟件不但提供了較為豐富的造型工具，且具備高度統一化的用戶界面以及數據庫、應用程序接口，能夠做到有機結合機械設計、工程分析等功能，最大化壓縮高精密復雜模具設計制造的工作周期，顯著提升最終的模具產品生產質量。
（3）有限元分析專用軟件。ANSYS軟件本身融合了結構、流體、電磁場、聲場分析等技術，能夠做到與大部分的CAD軟件實現數據共享，這一軟件主要囊括了前處理模塊、分析計算模塊、后處理模塊3個部分，能夠將模具工程中的各種結構和材料進行合理模擬，并借助模塊計算功能發揮，對高精密模具設計結構、性能做出持續的優化、完善。同時以有限元程序作為基礎誕生的DEFORM軟件，其本質上是一個高度模塊化、集成化的有限元模擬系統，主要囊括了前處理器、后處理器、有限元模擬和用戶處理四個模塊，主要被應用在各類塑性體積成型過程中的金屬流動、應變力、溫度等物理場的分布分析中。同時，DEFORM軟件主要被用于板料成型的模擬過程中，換言之，在工藝和模型設計中遇到的復雜板材成型問題，通過使用這一軟件能夠得到有效的解決，借助成型過程中板料缺陷的模擬，能夠對整體板料成型性能做出科學合理的評估，且其中所具備的完善的前后處理功能，能夠實現文本編輯的目的，并提供與CAD軟件之間的接口，具備較為優秀的二次開發功能。
3高精密復雜模具設計制造中CAD/CAM的應用分析
3.1高精密復雜模具設計中CAD/CAM應用。（1）圖形設計。CAD/CAM技術在高精密模具設計制造過程中，首先被應用在圖形設計中，可以直接借助這一系統開展工作。就目前的情況來看，高精密模具的開發和生產過程中，計算機和數控技術得到了廣泛的應用普及。企業在經過市場調查和模具研究之后，能夠在制定出完善生產決策的前提下，下達對應的生產計劃，隨后便可以進行高精密模具的設計和開發工作。設計人員通過使用模具CAD工作站，能夠將高精密模具設計過程中的造型計算分析、工程圖繪制等工作以最快的時間完成，且能夠在設計階段對模具產品質量有效做出科學合理的評價，確保設計人員能夠從之前繁重的人工繪圖工作中得以解放，擁有更多參與到創造性勞動中的時間，以此進一步推動高精密模具設計的精密度提升。同時，CAD/CAM技術也可以利用客戶提供的現存CAD模型數據，將之轉化為模具設計過程中所需要的圖形。模具企業在設計制造高精密模具產品的過程中，往往會由客戶提供繪制完成的圖形，但由于客戶和模具生產制造企業使用的軟件存在一定的差異，便會在圖紙數據交流方面出現一定的難度，由于絕大部分的CAD程序在數據庫方面有著一定的差異，無法與其他系統共同分享集合數據，故此客戶方所提供的CAD數據集合體必須翻譯成模具制造方技術系統能夠讀取的信息。就目前的情況看來，雖然這一數據轉化問題未能得到全面有效的解決，但目前開發出來的包含CADfix等在內的軟件能夠有效預防這一問題的發生。（2）CAE分析。模具CAD技術在誕生之后，經過多年的發展，已經在注塑模、壓鑄模、鍛模等模具的設計優化方面得到了廣泛的應用，并能夠為模具產品的實際生產提供指導。注塑模的CAE技術主要囊括了模具結構的分析、運動分析諸多工作。壓鑄模的CAE，主要是以壓鑄件沖型的流場數值模擬等功能為主，最后的擠壓模CAE則是將模具生產等中產品變形過程應力場的分布及其變化等問題做出全面分析以及實驗，幫助設計人員以最終的分析結果作為基礎，對模具產品的結構、功能做出科學的優化。比如在注塑成型的過程中，因其充模流動的過程較為復雜，處于高溫狀態的塑料容器，往往會在壓力的影響下，通過流道和澆口向模具的型腔內進行填充，借此將型腔內部原有的氣體全面排出，這便需要確定排氣的具體位置。同樣的，多股塑料熔體流料在某一處進行會合的時候，會形成相應的熔接痕，必須要確定融熔接痕的具體位置。在之前的注塑模成型過程中，這些問題的解決，往往需要經過反復多次的試模，不但浪費了模具生產資源，也極大地延長了模具的生產周期。而模具CAE技術的應用，能夠在全面分析塑料熔體液態流動性的前提下，將澆口的位置大小、排氣的位置做出合理確定，以此來幫助設計人員在設計階段采取措施避免問題的發生。
3.2高精密復雜模具制造中CAD/CAM應用。（1）NC刀具的軌跡生成。數控編程技術作為高精密模具設計制造中不可或缺的關鍵技術，其工作體系的核心便是生成模具生產所需的刀具軌跡，在得到生產刀具軌跡之后，需要進行離散處理，使其成為一個個的刀位點，并在經過處理之后，得到最終的模具生產加工程序。CAD/CAM技術系統同樣可以在NC刀具的軌跡生成發揮巨大的作用。就目前的狀況來看，相對較為獨立的CAN系統和一體化程度水平較高的CAD/CAM技術系統是NC刀具生成軌跡中最為有效的兩種技術方式，其中前者獨立性質相對較高的CAM系統主要是從其他的CAD文件或系統中將產品的幾何模型進行提取，而后者即便同樣是針對CAD系統中原有的零件產品幾何模型進行提取，但需要借助內部數據格式的調用。由此不難看出，即便二者存在著方式層面的差異，但無論使用哪種系統，生成產品生產刀具軌跡、輸入交互生產工藝參數、零件三維加工的動態仿真、編輯生產刀具軌跡、后置處理任務都是其中缺一不可的關鍵功能模塊。作為國內高精密模具設計生產行業使用較為廣泛的CAD/CAM系統的UG，其在刀具生產軌跡確定方面有著最為顯著的優勢，且能夠針對常見的車削、線切割等形成完善的產品加工方式。（2）數控加工過程仿真系統。高精密模具在設計生產制造的過程中，零件在數控機床上的加工環節是需要借助數控指令程序來實現的。為了確保程序自身的精準性，有效預防在零件加工中出現的彼此碰撞干涉問題，在實際的生產工作中需要使用試切工作進行檢驗，但這種方式在浪費工時和生產材料的同時，使得產品的生產周期也有所增加。就目前的情況來看，CAD/CAM技術在這一環節中的應用是以當下NC切削仿真特點作為基礎，劃分為力學仿真和幾何仿真兩個方面。其中幾何仿真因為不需要將切削力、切削參數以及其他影響因素考慮其中，只需要針對刀具相對于工件的應用進行仿真，以此來檢驗NC程序正確與否。幾何仿真在具體的工作過程中，能夠做到在不考量切削力、切削參數及其他影響因素的前提下，單純仿真工件生產中刀具的具體應用，且能夠較為直觀地對NC程序的合理性進行檢驗。簡單而言，這一數控加工技術仿真可以分為如下兩類：第一，以自動編程作為基礎得到NC程序，并將之用于加工過程的仿真。第二，針對之前的數據進行后置處理之后的加工過程仿真。由于后者的加工過程仿真模式并不能將高精密模具加工生產過程中的受力等因素全面考量，只能夠檢驗刀具生產軌跡的正確與否，導致其應用局限性相對較大。以NC程序作為基礎的加工仿真，不但能夠有效將高精密模具設計制造過程中的干涉以及碰撞進行全面檢驗。而且能夠測量整個模具設計制造過程所需要的工時相對而言，其使用性能更為優秀，得到了廣泛的普及、應用。
4總結
目前工業生產水平的提高對于高精密模具功能以及設計水平提出了更高的要求，而CAD/CAM技術作為計算機發展過程中與工業生產和模具生產結合所誕生出的全新技術系統，得以在高精密模具的設計生產制造過程廣泛應用。CAD/CAM技術能在提高模具設計精密程度以及精準度的同時，極大地縮短生產周期，而在相關技術持續更新發展的影響下，CAD/CAM技術系統必然會為高精密模具設計制造提供更為強大的技術支撐。
作者:方建榮 楊玉貴 單位:四川成飛集成科技股份有限公司