CAM在模具设计制造中的应用.pdf

第5 期 2 0 1 1 年5 月 机械设计与制造 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 文章编号：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 在模具设计制造中的应用 、 任玉珠 ( 沈阳职业技术学院，沈阳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】模具设计与制造是一个集设计、绘图、制订工艺路线、加工制造等为一体的系列工作过程。 阐述了在模具设计制造中应用C A D 软件进行模具的特征三维造型设计、应用C A P P 软件制订模具加工 工艺规程，利用C A M 软件模拟模具辅助制造“用二维代替三维”“特殊工艺造型”“使用混合模型”“化整 为零”过程，同时自动生成刀具加工时的运动轨迹( 刀位文件) 和数控程序的技术路线，为模具设计制造 提供了先进的方法和手段，给企业模具设计制造以借鉴。 关键词：模具；设计制造；C A M ；C A P P ；C A D ；三维造型；集成技术 【A b s t r a c t 】D e s 缈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 蛳略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 鲫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 中图分类号：T H l 6 文献标识码：A 1 前言 模具自身的特殊性决定了模具的设计与制造是一个不可分 割的整体。由于模具的型腔多为复杂的曲面或曲线所构成，因而首 先在设计、绘图、三维造型过程应用了C A D 技术；在模具加工工艺 规程的制订中应用C A P P 软件；在模拟制造过程应用了C A M 技 术；加工过程应用了数控技术。近年C A D C A P P C A M 商业软件日 益普及，使得计算机不仅被用来进行模具的设计和数控程序的生 成，而且还被用来模拟模具的成型和使用过程。因此，在模具设计 与制造的过程中更多的应用计算机软件具有广阔的研究空间。 2 利用C A D 软件进行模具三维造型设计 2 1 从二维设计向三维设计转变 从设计手段看，传统的模具设计主要采用二维设计，即首先 将三维的制品零件通过投影生成若干个二维视图来表示，然后在 此基础上再进行模具结构设计，画出模具的装配图及各个零件图。 目前模具的设计手段正逐步从传统的二维设计向三维设计转变。 2 2 模具设计中应用了特征三维造型技术 根据使用要求及美学要求进行设计，在此同时要考虑材料 性能、成型工艺、模具结构、成型设备、生产批量及生产成本等各 来稿日期：2 0 1 0 - 0 7 1 8 方面的要求。基于特征的三维造型软件的应用，为设计师提供了 强大的设计编辑平台。使用参数化特征造型技术，能很方便地生 成产品的三维参数化模型。调整参数值即可实现设计模型快速修 改，为后续的模具设计、分析、计算、调整打下良好的基础。 3 应用C A P P 软件制订模具加工工艺规程 C A P P 讨算机辅助工艺规划、口参怕韩喃朝圩没计( c A D - c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 相接，下与计算机辅助制造( 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 ) 相连，是连接设计与辅助制造之间的桥梁，设计信 息只能通过工艺设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计 才能与制造实现功能和信息的集成。计算机辅助工艺过程设计即 C A P P 设计，其作用是利用计算机来制订模具加工工艺过程，即 把毛坯加工成模具图纸上所要求的零件的整个过程。其方法是通 过向计算机输入被加工零件的几何信息( 形状、尺寸、结构、表面 粗糙度等) 和工艺信息( 材料、热处理、批量等) ，由计算机自动输 出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。 4C A M 主要加工方法 4 1 粗加工 区域粗加工：主要用于加工型腔，选用二轴半加工，根据给 万方数据 2 3 4任 珠：C A D C A P P C A M 在模其设计制造中的应用 第5 期 2 f 轮雠“岛“n f “，L 虚舟脏肺1 轨迹，瞧可H p 成 “ $ 十岛M f 目域旬I 轨避；，等高城m 加T g 用I “加r H 镕线柑II t $ 曲面形成的6 模自I P q 模帅mI 。，造仟 m r r ，线目f L 迅f 较f 缓曲的， 掇口m 的 MI 沾m # 十口I 境或赳M T 和导动鲢a i T 。 4 2 精加工 每数域拍 I ：月r = 轴联动枷r j m 曲等高线耩 儿J ，曲I m l l l ，十I 捕绒精M 用n 月硪点蹄杼切削 式- ，川J 于多曲j B 戚H ，1 l 惯和口幔的加j 浅中“ M T ：月f 军什模g 中平坦城舯儿l 。小和缱精mr 丁蘸拽或斜嚷 形的n 口模的加T 导功拽椭J ml ：州T 诫m 】域或斜十* 的n 口 撰的加】= ：轮廓精I 一雏幅K 柄加T 自。 4 3 补加工 卜加I m 捃结椅需女女f 底群女如等m 部j 进 r 补 “ l 。等高线补加1 月T 盛体舯耐多部忙“【，W “用十 H 模和I “l 横舯 笔式清授加rm j 立体$ 部位 m ，也 日用f 口模和幔工E 域式朴枷j ：川t 实件多部位曲补加 1 m ，f “州t H 礤0 T 投诛形和拽脚眭盘角撕m T 。 4 4 铣槽加工 “g 一! m # 特镕的零件f I 讯；精需 加h 站些措 太体W “分为直槽g 形榴、2 I ) 自，D * Er r j “T “的m T ，扫描斌铣槽肘T 。宴体害目T 0 m I ，W “T 口栏W b 横的m T 髭用扫描线的十腑槽迹，帅线A 铣梧盈 J 1 1 4 = 宴傩多部位加I ，m “J l Jr I “ E 模“ 口梗的加T J t 也 成3 l 曲线式铣m 迹 4 5 知识加工 目l 识ni 也括，J I 成畿a l J 刖横扳牛E E 横板月r I i m J d 成熟业w l ：施R ，在棹板吏* c I ，E 采加J + 谶W 并 个工班mr 毒廊州横板下记i 月，E 经成熟或定的 加I * 带在攘文件，”记录m T 蠹鞋* 十I * 的“n 1 。棼H 。 5 C A M 应用流程 C A M f ( 删衙A i d e dM a n u h ( n 】n n * 计算m 辅曲制造) ：利 月I I 掉机米避目产潞管瞅制自摊作过杼，输 f a 息璺 军件的I Z 路自I 序自# 箱f I ! 情息* 月H n u 时的葫轨迹 ( 月伸文件】H 数控序其流稗如罔1 “ m 1C A M 剧嘛d 6 C A M 在模其b H 制造t I ，技术路线的选择 6 1 用二维替代三维 多数n 镕在一m 曲j 或吱体的l ll 中使m 直线插 式m 再n 谊一 ：成维鞭遵的精度“n & m ，p m 一堆轨m 4 * 所HC A mo l ，g 车M 划灶能J I I 。m g L 完成 尽谴f 用维轨m 做m 此吾m ，告有m 多拄l ，做唯遗 F 目在 I 中 * 一弗$ 乾廓+ M 女n 一* l l 造g X = 堆寅体如目2 ( s 晰m 口 2 镕女# d = $ 如* 束用 T t ，4 “秉m = 镕加T 轨垃。H 需 绘目2 ( b ) 目m d t 的= 维线框图，就脆满M 其簧术。 6 2 使用特殊工艺的造型 f 轴自瑚造w 巾f 需要考l g 加I ：J ，岂其地形状 有时也设计造* # f 如设计造，m 利3 o ) 所示 泉 接I 此寅体月进秆h er J tP & 加1 。轨迹鲫H3 ( b ) 所 ( # 款毁加T 车做I t 何I Z m 情况) 。 穆臻 fH 】bJfc ) 日3m * 镕gm L * 造型埘考虐L 艺膛遗散$ n 迹，l I 成娥串，n * 柞= 维轮廓M 始曲m 】即；l J 完全满* 加1 “ 选的钳求。 z f L 述砷做参觳线r j 生成的轨m 将十2 m * Ml ：n 的柱 _ 6 边缘留r 折点盟进，痕迹，如目3 f tm i 示。 63 使用混合模型 魁台模在加J 进中的很多E 可U 址m 体曲： 镕怔0 E m 混台使在设计造刑的台攘般是寓休 岫自的* 骨 “少埘到线杜曲自* 台n m T 遗巾这# 硅 台应川的主g H 地也是为T 简化模提高散半，如敬”遗曲 【一维线椎造如日4 所i 每筋 “)f h 】 m4 一# * ：f i t M m 6 4 化整为零 枉P c 机r 进行- 维寅体计当零件的复杂袱懂加 时， 4 H 敢宰翻目低。X C T c M 米蜕，同样遥舢! 朴脚，较好 解决A “鞔盛他恬为零c Mj ：雨十C A D 复浑n m 僳掂) t * I l 仑f l 搬事# mC A M 刚址Z 十“r “m 多m _ k 晦J 胁“ ，格一十 n 分戚襁多崩# 进打C A M 琏及IB n n f ， 封 圈墅雕乜 万方数据 第5 期 2 0 1 1 年5 月 、 机械设计与制造 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 文章编号：1 0 0 1 3 9 9 7 ( 2 0 儿) 0 5 - - 0 2 3 5 - 0 2 米老鼠凸模的逆向设计与数控加工 石从继吴德林 ( 华中科技大学武昌分校机电与自动化学院，武汉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 ) 是近年来C A D 领域最热门的研究方向之一，是一种产品的 再设计和超越过程。根据米老鼠模型，运用逆向工程的方法，使用三坐标测量技术和U G S 公司I m a g e w a r e 逆向工程软件完成米老鼠凸模的逆向三维造型设计，运用M a s t e r C A M 软件完成该模型的三维数控加工的 程序编制，经实体验证、仿真加工确保无误后，进行后处理，生成数控加工代码，在立式加工中心完成模型 的复杂空间曲面数控加工，体现了三维数控加工的先进性，在工程实际中具有一定的指导和借鉴意义。 关键词：逆向工程；I m a g e w a m ；数控加工；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 讥t h ef i e l do fC A D 轨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 协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 中图分类号：T H l 6 。T G 6 5 9 文献标识码：A 1 引言 随着计算机技术的发展，C A D ( C o m p u t e r A i d e dD e s i g n ) 技术 已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型 技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化 加工制造等各个方面。逆向工程( R e v e r s eE n g i n e e r i n g ) 是近年来 C A D 领域最热门的研究方向之一，作为一种先进的设计方法被 引入到新产品的设计开发工作中，以避开艰苦的原始设计阶段， 这是一种产品的再设计和超越过程。一般来说，制造者得到的原 始资料为实物零件，必须利用逆向技术及C A D C A M 技术，将实 物模型转化为三维C A D 模型，在已得的三维模型基础上，利用 C A M 软件自动编程，生成数控加工代码，最后导入机床中加工出 真实产品。以米老鼠凸模的逆向设计与数控加工为例来说明逆向 工程技术和数控加工技术在模具设计与制造上的应用。 来稿日期：2 0 1 0 - 0 7 - 0 4 2 米老鼠凸模的逆向设计 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 ) 也称反求工程，是对产 品设计过程的一种描述。逆向工程产品设计可以认为是个“从 有到无”的过程。简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在 的产品模型，反向推出产品设计数据( 包括设计图纸或数字模型) 的过程。随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别