CAM在模具設計制造中的應用.pdf

第5 期 2 0 1 1 年5 月 機械設計與制造 M a c h i n e r yD e s i g n & M a n u f a c t u r e 2 3 3 文章編號：1 0 0 1 3 9 9 7 ( 2 0 l1 ) 0 5 - 0 2 3 3 - 0 2 C A D C A P P C A M 在模具設計制造中的應用 、 任玉珠 ( 沈陽職業(yè)技術(shù)學院，沈陽1 1 0 0 4 5 ) A p p l i c a t i o no fC A D f C A P P C A Mi nd e s i g n m a n u f a c t u r e p r o c e s so fm o u l d R E NY u z h u ( S h e n y a n gP o l y t e c h n i cC o l l e g e ，S h e n y a n g11 0 0 4 5 ，C h i n a ) 【摘要】模具設計與制造是一個集設計、繪圖、制訂工藝路線、加工制造等為一體的系列工作過程。 闡述了在模具設計制造中應用C A D 軟件進行模具的特征三維造型設計、應用C A P P 軟件制訂模具加工 工藝規(guī)程，利用C A M 軟件模擬模具輔助制造“用二維代替三維”“特殊工藝造型”“使用混合模型”“化整 為零”過程，同時自動生成刀具加工時的運動軌跡( 刀位文件) 和數(shù)控程序的技術(shù)路線，為模具設計制造 提供了先進的方法和手段，給企業(yè)模具設計制造以借鑒。 關(guān)鍵詞：模具；設計制造；C A M ；C A P P ；C A D ；三維造型；集成技術(shù) 【A b s t r a c t 】D e s 緲a n dm a n u f a c t u r eo fm o u l di s as e r i e so fw o r kf l o wi n t e g r a t i n gd e s i g n i n g ，d r a f t i n g , f o r m u l a t i n gp r o c e s sr o u t e sa n dm a c h i n i n ga saw h o l e I te l a b o r a t e dO nt h ef e a t u r e so ft h r e e - d i m e n s i o n a lm o d e l d e s i g no fm o u l db ya p p 螄略C A Ds o # w a r ei nt h ep r o c e s so fm o u l d 如s i 和a n dm a n u f a c t u r e0 5w e l l t h e m o u l dp r o c e s s i n gp r o c e d u r eb ya p p t y i n gC A P Ps o # w a r e F u r t h e r m o r eC A Ms o # w 鯽ei su t i l i z e dt os i m u l a t e a i d e dm o u l dm a n u f a c t u r i n g p r o c e s so f “r e p l a c i n g2 Db y3 D ”u n i q u ep r o c e s sm o d e l ”“h y b r i dm o d e l ”“b r e a k - i n gu pt h ew h o l ei n t op a r t s ”，a n dm o t i o nt r a i l ( c u t t e rl o c a t i o n f i l e s ) a n dt e c h n i c a lr o u t e so f n u m e r i c a lc o n t r o l p r o g r a ma l eg e n e r a t e da u t o m a t i c a l l yd u r i n gm a c h i n i n gk n i f et o o l s ，w h i c hp r o v i d e sa d v a n c e dw a y sa n dm e a n s 如rd e s i g na n dm a n u f a c t u r eo f m o u l d , f o rt h er e f e r e n c eo f e n t e r p r i s e sa c c o r d i n g l y K e yw o r d s ：M o u l d ；D e s i g na n dm a n u f a c t u r e ；C o m p u t e r - a i d e dm a n u f a c t u r i n g ；C A P P ；C o m p u t - e r - a i d e dd e s i g n ；T h r e e - d i m e n s i o n a lm o l d i n g ；I n t e g r a t i o nt e c h n o l o g y 中圖分類號：T H l 6 文獻標識碼：A 1 前言 模具自身的特殊性決定了模具的設計與制造是一個不可分 割的整體。由于模具的型腔多為復雜的曲面或曲線所構(gòu)成，因而首 先在設計、繪圖、三維造型過程應用了C A D 技術(shù)；在模具加工工藝 規(guī)程的制訂中應用C A P P 軟件；在模擬制造過程應用了C A M 技 術(shù)；加工過程應用了數(shù)控技術(shù)。近年C A D C A P P C A M 商業(yè)軟件日 益普及，使得計算機不僅被用來進行模具的設計和數(shù)控程序的生 成，而且還被用來模擬模具的成型和使用過程。因此，在模具設計 與制造的過程中更多的應用計算機軟件具有廣闊的研究空間。 2 利用C A D 軟件進行模具三維造型設計 2 1 從二維設計向三維設計轉(zhuǎn)變 從設計手段看，傳統(tǒng)的模具設計主要采用二維設計，即首先 將三維的制品零件通過投影生成若干個二維視圖來表示，然后在 此基礎(chǔ)上再進行模具結(jié)構(gòu)設計，畫出模具的裝配圖及各個零件圖。 目前模具的設計手段正逐步從傳統(tǒng)的二維設計向三維設計轉(zhuǎn)變。 2 2 模具設計中應用了特征三維造型技術(shù) 根據(jù)使用要求及美學要求進行設計，在此同時要考慮材料 性能、成型工藝、模具結(jié)構(gòu)、成型設備、生產(chǎn)批量及生產(chǎn)成本等各 來稿日期：2 0 1 0 - 0 7 1 8 方面的要求?；谔卣鞯娜S造型軟件的應用，為設計師提供了 強大的設計編輯平臺。使用參數(shù)化特征造型技術(shù)，能很方便地生 成產(chǎn)品的三維參數(shù)化模型。調(diào)整參數(shù)值即可實現(xiàn)設計模型快速修 改，為后續(xù)的模具設計、分析、計算、調(diào)整打下良好的基礎(chǔ)。 3 應用C A P P 軟件制訂模具加工工藝規(guī)程 C A P P 討算機輔助工藝規(guī)劃、口參怕韓喃朝圩沒計( c A D - c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 相接，下與計算機輔助制造( C A M - c o m p u t e ra i d e d m a n u f a c t u r i n g ) 相連，是連接設計與輔助制造之間的橋梁，設計信 息只能通過工藝設計才能生成制造信息，設計只能通過工藝設計 才能與制造實現(xiàn)功能和信息的集成。計算機輔助工藝過程設計即 C A P P 設計，其作用是利用計算機來制訂模具加工工藝過程，即 把毛坯加工成模具圖紙上所要求的零件的整個過程。其方法是通 過向計算機輸入被加工零件的幾何信息( 形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)、表面 粗糙度等) 和工藝信息( 材料、熱處理、批量等) ，由計算機自動輸 出零件的工藝路線和工序內(nèi)容等工藝文件的過程。 4C A M 主要加工方法 4 1 粗加工 區(qū)域粗加工：主要用于加工型腔，選用二軸半加工，根據(jù)給 萬方數(shù)據(jù) 2 3 4任 珠：C A D C A P P C A M 在模其設計制造中的應用 第5 期 2 f 輪讎“島“n f “，L 虛舟臟肺1 軌跡，瞧可H p 成 “ $ 十島M f 目域旬I 軌避；，等高城m 加T g 用I “加r H 镕線柑II t $ 曲面形成的6 模自I P q 模帥mI 。，造仟 m r r ，線目f L 迅f 較f 緩曲的， 掇口m 的 MI 沾m # 十口I 境或赳M T 和導動鰱a i T 。 4 2 精加工 每數(shù)域拍 I ：月r = 軸聯(lián)動枷r j m 曲等高線耩 兒J ，曲I m l l l ，十I 捕絨精M 用n 月硪點蹄杼切削 式- ，川J 于多曲j B 戚H ，1 l 慣和口幔的加j 淺中“ M T ：月f 軍什模g 中平坦城舯兒l 。小和繾精mr 丁蘸拽或斜嚷 形的n 口模的加T 導功拽橢J ml ：州T 誡m 】域或斜十* 的n 口 撰的加】= ：輪廓精I 一雛幅K 柄加T 自。 4 3 補加工 卜加I m 捃結(jié)椅需女女f 底群女如等m 部j 進 r 補 “ l 。等高線補加1 月T 盛體舯耐多部忙“【，W “用十 H 模和I “l(fā) 橫舯 筆式清授加rm j 立體$ 部位 m ，也 日用f 口模和幔工E 域式樸枷j ：川t 實件多部位曲補加 1 m ，f “州t H 礤0 T 投誅形和拽腳眭盤角撕m T 。 4 4 銑槽加工 “g 一! m # 特镕的零件f I 訊；精需 加h 站些措 太體W “分為直槽g 形榴、2 I ) 自，D * Er r j “T “的m T ，掃描斌銑槽肘T 。宴體害目T 0 m I ，W “T 口欄W b 橫的m T 髭用掃描線的十腑槽跡，帥線A 銑梧盈 J 1 1 4 = 宴儺多部位加I ，m “J l Jr I “ E ?！?口梗的加T J t 也 成3 l 曲線式銑m 跡 4 5 知識加工 目l 識ni 也括，J I 成畿a l J 刖橫扳牛E E 橫板月r I i m J d 成熟業(yè)w l ：施R ，在棹板吏* c I ，E 采加J + 讖W 并 個工班mr 毒廊州橫板下記i 月，E 經(jīng)成熟或定的 加I * 帶在攘文件，”記錄m T 蠹鞋* 十I * 的“n 1 。棼H 。 5 C A M 應用流程 C A M f ( 刪衙A i d e dM a n u h ( n 】n n * 計算m 輔曲制造) ：利 月I I 掉機米避目產(chǎn)潞管瞅制自攤作過杼，輸 f a 息璺 軍件的I Z 路自I 序自# 箱f I ! 情息* 月H n u 時的葫軌跡 ( 月伸文件】H 數(shù)控序其流稗如罔1 “ m 1C A M 劇嘛d 6 C A M 在模其b H 制造t I ，技術(shù)路線的選擇 6 1 用二維替代三維 多數(shù)n 镕在一m 曲j 或吱體的l ll 中使m 直線插 式m 再n 誼一 ：成維鞭遵的精度“n & m ，p m 一堆軌m 4 * 所HC A mo l ，g 車M 劃灶能J I I 。m g L 完成 盡譴f 用維軌m 做m 此吾m ，告有m 多拄l ，做唯遺 F 目在 I 中 * 一弗$ 乾廓+ M 女n 一* l l 造g X = 堆寅體如目2 ( s 晰m 口 2 镕女# d = $ 如* 束用 T t ，4 “秉m = 镕加T 軌垃。H 需 繪目2 ( b ) 目m d t 的= 維線框圖，就脆滿M 其簧術(shù)。 6 2 使用特殊工藝的造型 f 軸自瑚造w 巾f 需要考l g 加I ：J ，豈其地形狀 有時也設計造* # f 如設計造，m 利3 o ) 所示 泉 接I 此寅體月進稈h er J tP & 加1 。軌跡鯽H3 ( b ) 所 ( # 款毀加T 車做I t 何I Z m 情況) 。 穆臻 fH 】bJfc ) 日3m * 镕gm L * 造型塒考虐L 藝膛遺散$ n 跡，l I 成娥串，n * 柞= 維輪廓M 始曲m 】即；l J 完全滿* 加1 “ 選的鉗求。 z f L 述砷做參觳線r j 生成的軌m 將十2 m * Ml ：n 的柱 _ 6 邊緣留r 折點盟進，痕跡，如目3 f tm i 示。 63 使用混合模型 魁臺模在加J 進中的很多E 可U 址m 體曲： 镕怔0 E m 混臺使在設計造刑的臺攘般是寓休 岫自的* 骨 “少塒到線杜曲自* 臺n m T 遺巾這# 硅 臺應川的主g H 地也是為T 簡化模提高散半，如敬”遺曲 【一維線椎造如日4 所i 每筋 “)f h 】 m4 一# * ：f i t M m 6 4 化整為零 枉P c 機r 進行- 維寅體計當零件的復雜袱懂加 時， 4 H 敢宰翻目低。X C T c M 米蛻，同樣遙舢! 樸腳，較好 解決A “鞔盛他恬為零c Mj ：雨十C A D 復渾n m 僳掂) t * I l 侖f l 搬事# mC A M 剛址Z 十“r “m 多m _ k 晦J 脅“ ，格一十 n 分戚襁多崩# 進打C A M 璉及IB n n f ， 封 圈墅雕乜 萬方數(shù)據(jù) 第5 期 2 0 1 1 年5 月 、 機械設計與制造 M a c h i n e r yD e s i g n & M a n u f a c t u r e 2 3 5 文章編號：1 0 0 1 3 9 9 7 ( 2 0 兒) 0 5 - - 0 2 3 5 - 0 2 米老鼠凸模的逆向設計與數(shù)控加工 石從繼吳德林 ( 華中科技大學武昌分校機電與自動化學院，武漢4 3 0 0 6 4 ) R e v e r s ed e s i g na n dn u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n i n gf o rm i c k e ym o d e l S H IC o n g - j i ，W UD e - l i n ( H u a z h o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c e T e c h n o l o g yW u c h a n gB r a n c hA u t o m a t i o n ，W u h a n4 3 0 0 6 4 ，C h i n a ) 【摘要】逆向工程( R e v e r s eE n 舀n e e r i n g ) 是近年來C A D 領(lǐng)域最熱門的研究方向之一，是一種產(chǎn)品的 再設計和超越過程。根據(jù)米老鼠模型，運用逆向工程的方法，使用三坐標測量技術(shù)和U G S 公司I m a g e w a r e 逆向工程軟件完成米老鼠凸模的逆向三維造型設計，運用M a s t e r C A M 軟件完成該模型的三維數(shù)控加工的 程序編制，經(jīng)實體驗證、仿真加工確保無誤后，進行后處理，生成數(shù)控加工代碼，在立式加工中心完成模型 的復雜空間曲面數(shù)控加工，體現(xiàn)了三維數(shù)控加工的先進性，在工程實際中具有一定的指導和借鑒意義。 關(guān)鍵詞：逆向工程；I m a g e w a m ；數(shù)控加工；M a s t e 陀A M 【A b s t r a c t 】R e v e r s eE n g i n e e r i n g st h em o s tp o p u l a r 譏t h ef i e l do fC A D 軌r e c e n ty e a r s ，w h i c hi sa p r o c e s st Or e - - d e s i g na n ds u r m o u n t T h et h r e e - - d i m e n s i o n a lm o d e l i n go fM i c k yi sf i n i s h e db a s e do nM i c k y M o u s e Sm o d e l ，w i t ht h em e t h o do f r e v e r s ee n g i n e e r i n g , b ya p p 彬n gt h r e ec o o r d i n a t e sm e a s u r i n gt e c h n o l o g y a n dr e v e r s ep r o j e c ts o f t w a r e - I m a g e w a r ep r o v i d e db yU G SC o m p a n y W h i l et h eN Cp r o g r a m m e f o rt h eM o d _ e lw a sp r o p o s e dw i t hM a s t e r C A M ，w h i c hl a t e rW a st e s t e da n dv e r i f i e d ，s i m u l a t e df o rp r o c e s s i n gt Oe n s u r ei t s c o r r e c t i o n ，N Cc o d ei sg e n e r a t e da f t e rp o s t - p r o c e s s i n g T h u sm o d e lw i t hm o r ec o m p l i c a t e ds p a t i a lc u r v e d s u r f a c eC a nb em a c h i n e d 協(xié)v e r t i c a lm a c h i n i n gc e n t e r T h e3 - - d i m e 瑚i o nN Ci sp r o v e dt Ob ea na d v a n c e d p r o c e s s i n gt e c h n i q u ea n di si n s t r u c t i v ea n ds i g n i f i c a n ti np r a c t i c e K e yw o r d s ：R e v e r s ee n g i n e e r i n g ；l m a g e w a r e ；N u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n i n g ；M a s t e r C A M 中圖分類號：T H l 6 。T G 6 5 9 文獻標識碼：A 1 引言 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，C A D ( C o m p u t e r A i d e dD e s i g n ) 技術(shù) 已成為產(chǎn)品設計人員進行研究開發(fā)的重要工具，其中的三維造型 技術(shù)已被制造業(yè)廣泛應用于產(chǎn)品及模具設計、方案評審、自動化 加工制造等各個方面。逆向工程( R e v e r s eE n g i n e e r i n g ) 是近年來 C A D 領(lǐng)域最熱門的研究方向之一，作為一種先進的設計方法被 引入到新產(chǎn)品的設計開發(fā)工作中，以避開艱苦的原始設計階段， 這是一種產(chǎn)品的再設計和超越過程。一般來說，制造者得到的原 始資料為實物零件，必須利用逆向技術(shù)及C A D C A M 技術(shù)，將實 物模型轉(zhuǎn)化為三維C A D 模型，在已得的三維模型基礎(chǔ)上，利用 C A M 軟件自動編程，生成數(shù)控加工代碼，最后導入機床中加工出 真實產(chǎn)品。以米老鼠凸模的逆向設計與數(shù)控加工為例來說明逆向 工程技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)在模具設計與制造上的應用。 來稿日期：2 0 1 0 - 0 7 - 0 4 2 米老鼠凸模的逆向設計 一 2 1 逆向工程 逆向工程( R e v e r s eE n g i n e e r i n g - R E ) 也稱反求工程，是對產(chǎn) 品設計過程的一種描述。逆向工程產(chǎn)品設計可以認為是個“從 有到無”的過程。簡單地說，逆向工程產(chǎn)品設計就是根據(jù)已經(jīng)存在 的產(chǎn)品模型，反向推出產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)( 包括設計圖紙或數(shù)字模型) 的過程。隨著計算機技術(shù)在制造領(lǐng)域的廣泛應用，特別是數(shù)字化測 量技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于測量數(shù)據(jù)的產(chǎn)品造型技術(shù)成為逆向工程 技術(shù)關(guān)注的主要對象。通過數(shù)字化測量設備(