CAM技术在现代塑料模具设计制造中的应用

伊丁香

摘要：随着制造技术快速发展，塑料模具应用范围逐渐变广，由于塑料模具操作具有一定困难性，再加上编程工作量相对较大，导致塑料模具使用效率无法提升。为解决此种问题，需要将计算机辅助技术和制造一体化技术与塑料模具设计制造技术进行融合，从而在节省设计时间的情况下，提升产品的设计精度。CAM技术是制造行业不可缺少的核心技术类型，同时也代表着制造业未来的发展方向。

关键词：CAM技术;塑料模具;设计制造;应用

前言

近年来，随着国内工厂数控化程度 的不断提高，数控机床的应用已 经非常普遍。CAM 软件在提升数控机床 自身效率上发挥了重要作用，从零件模 型的建立到数控程序的生成，从实际模 拟机床加工过程到各种在线测量，都离 不开 CAM 软件的支持，因此，CAM 软 件的选择是数控加工中一项非常重要的 工作，CAM 软件的性能直接影响零件的 加工质量及加工效率。 软件的不断更新升级，使其加工策 略比以前更精细，同时添加了车铣复合 模块、五轴加工模块和高效加工模块等 加工模块。

1 CAM 技术

计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing， CAM）的核心技术为计算机数字控制。此种系统可以合理应用于制造生产领域和工程领域，通过软件分析的方法确定系统功能，保证系统处理能力。

2 CAM 技术的应用优势

2.1拓展加工能力优化工艺方案

比如在五轴加工与车铣复合加工方面，五轴加工可以大幅提高机加工企业的产品加工能力，但目前復杂的五轴联动加工编程还存在一些问题，多轴加工能力是CAM软件最大的价值体现，复杂的五轴联动加工编程必须由CAM软件来完成。前些年，中航光电引进五轴加工中心时，试切一个“S”型试切件，充分展示了五轴机床的加工能力，高效的刀路轨迹和可靠的防碰撞检查都被无缝集成到CAM软件中。正是凭借这样的五轴加工能力，中航光电能够胜任大多数加工需求，可以迎接更多复杂工件的挑战。车铣复合加工可以实现复杂工件的一次装夹完成全部加工，这样能够最大限度地保证工件的尺寸及相关形位公差，尤其是一些核心关键部件，尺寸小、结构复杂、公差要求严且表面光洁度要求高，按照以前的工艺技术方案，带曲面或需要多轴加工的工序一般都放在加工中心上，这类工件如果分工序加工，每次装夹都会产生误差，最后累积误差会越来越大，分工序加工的方案无法保证图纸要求，并且加工效率很低。车铣复合机床结合CAM软件，实现了复合加工，不仅解决了复杂零件加工，提高了加工效率，更重要的是进一步扩展车削中心加工能力，可以实现曲面及多轴联动加工，这样就大大拓展了工艺加工能力。很多工件都可以采用车削中心加工，不但可以保证加工质量，而且效率也得到进一步提升。工艺能力的拓展、提高，是生产效率提升，保证产品质量的关键。

2.2有效提高加工效率

CAM软件的最大特点之一是能够实现高效加工。原来我们认为大型难加工材料的开粗加工是一个十分棘手的问题，尤其是铣加工工序，不但加工时间长，而且刀具费用高。以前公司接到这种零件加工任务时完成率会较之前有所下降，公司采取一些措施之后虽然有一定效果，但是效率提升不超过20%。CAM软件升级后，添加了高效加工模块，高效加工是一种新的加工方式，其能充分利用刀具切削刃长度，实现高速切削，该加工方式的主要特点是最大限度地提高材料去除率，通过使用高速刀具路径，可以使加工高效省时，刀路顺畅，提高刀具使用寿命，降低机床磨损，尤其是适合高硬材料的粗加工。应用高效加工开粗以后，易加工金属（铜铝）开粗效率提高1倍以上，难加工材料（不锈钢等黑色系金属）提高5倍以上，刀具寿命提高3～5倍以上。比如：以前公司加工不锈钢材料，φ10铣刀每次下刀深度4mm，进给150mm/min，使用高效加工后，下刀深度20mm，进给可以达到600～1000mm，综合效率提升大约5倍左右。应用高效加工开粗以后，不但大幅提高了难加工材料的加工效率，而且延长了刀具寿命，降低了机床磨损。

2.3减少编程出错概率

以前员工编程都是使用二维图，由于员工能力的差异，每年都会出现很多批工件因识图错误造成整批报废，通常零件报废率为8%～10%。整批报废不但造成原材料的损失，更重要的是重新投产造成交付周期的耽误。使用CAM软件编程之后，由于引入了工件立体图，员工编程时可以很方便地观察工件结构，测量相关尺寸，并且软件编程还有加工后毛坯与工件实体对比功能，只要进行模拟比较，可以杜绝工件加工错误或大范围超差，这样出错的概率会大大降低，报废率减少到小于1%，相比之前减少报废率80%～90%，弱化了操作人员技术要求。同时对于员工正确识图、减少编程错误带来很大帮助，间接提升了加工效率。

3 CAM技术在模具设计工程中的应用

在目前的CAM模具设计过程中，要完成加工操作，需要先使用计算机软件进行数控编程。目前可使用的软件相对较多，如UG、3DMAX和SolidWorks等。这些软件的功能较为强大，具有三维立体建模设计、机械制造加工仿真和直接生成数控程序等多项功能，并且在生成程序后即可进行模具设计的相关操作。具体来看，利用计算机软件进行数控编程的步骤主要分为以下几部分。

第一，对需要加工的零件进行建模

第一，对需要设计的模具进行建模。在建模环节中，通常采用实体建模这种方式。该步骤是进行整个模具设计的基础。第二，在建模完成后对模具进行设计。设计时，设计人员可以利用计算机软件平台充分展现模具的实际效果，以获得满意的设计成果。同时，在设计的过程中，为确保设计的准确性以及科学合理性，需要在明确相关软件的使用方法的基础上，按照设计的基本要求，以“先整体后部分”的设计原则逐步进行设计，即先完成整体轮廓，再逐步填充细节。在这一过程中，通常涉及计算机软件中的多项功能，如直线、曲线、拉伸、切除等。在模具设计完成后，需要在软件中对各个模具进行模拟拼接，以验证整体的设计效果。第三，标记设计的模具参数，包括斜面角度和边长。在这一环节中，重点是确定这些参数是否对整体存在影响。若存在影响，则需要对相关参数进行修正，以确保所有模具的尺寸参数保持一致，从而为后续的数控设计环节提供重要的保障。另外，在一些特殊工作中，第二步和第三步的工作可以同时进行。第四，使用计算机软件中的仿真设计技术对已设计好的模型进行仿真设计，以检验是否出现设计工艺方面的错误。由于仿真设计不需使用实体材料，因此使用软件仿真减少了原材料的浪费情况。第五，利用相关的计算机软件直接生成数控设计程序。这一步骤是最为重要的步骤，上述步骤均为此步骤的准备工作。在仿真设计环节顺利完成后，可使用软件中的导出功能直接导出程序文件，不再需要重新编写程序。除此之外，为实现高效利用程序文件，构建高效的信息通信机制也是不可或缺的一项内容。为实现这一目标，通常需要基于互联网技术构建三层级的信息通信机制，分别为应用层、服务层和数据库层。其中：应用层的主要作用是提供生产设计的控制信息，以实现信息交互，主要基于远程服务进行;服务层的主要作用是通过网络接收相关信息，以响应应用层的操作，同时可对接收到的相关信息进行查询和调用，主要基于公共对象请求代理体系结构（Common Object Request Broker Architecture，CORBA）分布式控制方式进行;数据库层主要进行数控程序文件、工艺信息以及机械制造资源的存储等工作，并通过Java数据库连接实现数据库的直接访问。

4 CAM模具制造过程

在模具制造过程中，若要合理使用CAM技术，需要先了解总体框图。同时，若想保证模具制造质量，需要借助CAM优势完成数据建模，并和制造技术进行有效结合。

4.1 CAM结合建模

在CAM技术中，建模技术可以完成现实物体的属性转化，并通过数据的方式注入计算机内部，从而实现计算机全方位分析。在产品定义过程中，需要在计算机内部构建完善的数值模型和数字信息，以合理寻找产品信息化源头，才能做好产品设计分析和图纸生成工作，保证模具制造仿真效果，预防受到外界因素干扰。在生产管理过程中，需要提供相关产品的真实信息，将信息技术作为制造业的前提条件，从而展现CAM技术的优势。另外，在了解零部件结构和尺寸信息的情况下，需要根据适当比例完成实体几何建模，然后將数据保存在磁盘上，将其作为数控设计的基础条件。

4.2模具生产

根据CAM系统中出现的相关数据，在模块完成零部件设计处理后，需要了解各项任务条件，如数据自动交换和的选择等，在方案选择过程中需要留有余量，根据设备设计尺寸自动完成求解。在使用CAM软件时，需要及时了解刀具轨迹，通过合理的连接命令将各种刀具轨道首尾相接，以保障作业效果。在获取刀位数据过程中，需要了解中心轨迹和刀具的姿态，在了解系统特征的情况下，使用计算方法保证获取数据的稳定性。

4.3模具程序生成和设计方式

根据模具控制条件，需要合理应用刀位数据和辅助信息，以完成刀位数据的有效处理。根据模具系统的相关指令和程序特点，模具要能够保证零部件设计质量，并且能够将数据直接输送到模具系统中。通过系统生成NC代码时，需要及时完成三维图像仿真，并使用模具对数据进行验证，以预防出现设计误差。此外，还需使用NC程序查看系统运行是否可以满足设计标准，在出现设计问题时需要及时修正NC程序，以便于快速完成模具制造工作，保证结果符合要求。

5 CAM技术发展趋势

CAM技术发展具有集成化特点，在模具设计系统中能够将不同软件有效结合，并通过同一方法进行控制，从而及时完成数据提取和交换，最终实现数据共享，同时在保证系统数据稳定流通的情况下，提升各程序运行质量。通过了解国内外大量数据可以得出，CAM运行系统的效率需要通过其他程序进行体现。在CAM系统没有得到CAM系统支持的情况下需要耗损大量资金引进先进的设备。即便如此，设备的使用效果也无法得到保障。在系统应用过程中，需要得到完善的程序支持，将数据作为计划依据，并严格按照标准进行执行，才能达到理想的控制效果。在未来发展中，CAM系统能够实现完美结合，从而消除信息孤岛问题，取得良好的工作效果。

结束语

参考文献：

[1]郑万全.现代精密复杂模具高速设计智造技术[J].金属设计（冷设计），2016（09）：12-15，24.

[2]潘卫国，精密复杂模具五轴联动龙门设计中心研发及产业化.江苏省，南通国盛智能科技集团股份有限公司，2016-05-01.

[3]门超.基于CAD/CAM的熔模铸造模具的设计与设计[J].机械管理开发，2019，34（5）：6-8.

[4]金鹏.模具设计中CAD/CAM/CAM综合应用的研究[D].北京：华北电力大学，2013.

[5]杨朝举，马铭均.CAD联合CAPP及CAM软件技术在模具设计与制造中的应用[J].自动化与仪器仪表，2017（7）：126-127.

[6]罗海宏.CAD/CAM在模具设计与制造中的应用[J].现代制造技术与装备，2019（7）：77-78.

[7]曹侃，李鹏志，李建明.信息化教学在数控加工及CAM技术课程中的应用[J].石家庄职业技术学院学报，2020（6）：51-56.