隨著製造業資訊化時代的到來，現代製造技術快速發展，各種CAD/CAM(Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing)軟體在工業設計領域得到了廣泛的應用，CAD/CAM技術應用於模具設計與加工成為模具發展的必然趨勢。今天小編就給大家講講關於CAD/CAM在模具設計與加工中的關鍵技術，大家一起來看看吧。
探討了CAD/CAM軟體在模具設計製造中應用過程以及一些軟體使用注意事項和技巧。以Pro/E和MasterCAM軟體在注塑模具中的應用為例就CAD/CAM軟體在模具設計與加工中的關鍵技術進行探討。提高了零件的製造精度和模具設計質量，縮短了模具設計週期。CAD/CAM一體化技術使模具設計製造更加便捷方便。
模具是工業生產的基礎工藝裝備。在飛機、汽車、發動機、電機、電器、電子、儀表和通訊等產品中，60%—80%的零部件都要依靠模具成形。模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家產品製造水平高低的重要標誌，因為模具在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發能力，並在很大程度上決定企業的生產空間。振興和發展我國的模具工業，已經是人們的普遍共識。
模具作為一種高效率的工藝裝備，具有節約原材料、製件成本低廉等優點。隨著模具工業的發展，快速、高效、精密成為模具設計的基本要求。零件多品種、小批量已成為當前的生產趨勢，傳統的主要依靠技術人員的經驗和操作技能來進行模具設計與製造，已不能為滿足現代模具設計與製造要求，傳統的模具設計製造方法模具設計技術水平低，加工質量差，生產週期長，新產品的更新換代慢及成型工藝引數不穩定等制約著模具工業的發展，所以傳統的方法已不能適應當前發展的需要。
目前隨著計算機技術的快速發展，計算機技術在模具設計製造中的應用越來越廣泛。CAD/CAM(Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing)技術引入模具設計與製造已是必然趨勢，CAD/CAM不僅能加快模具的設計與加工過程，而且能縮短設計週期，降低勞動強度，提高製造造精度，本文就CAD/CAM軟體在模具設計製造中的一些技術作一些探討。
一、常見CAD/CAM軟體簡介
隨著計算機技術及現代製造技術的迅速發展，各種二維及三維CAD/CAM軟體應運而生，且各具特色。CAD軟體主要完成零件的建模及零部件圖的繪製，常見的CAD軟體有AutoCAD，UG，Pro/E等。CAM軟體用來生成標準的G程式碼，用來實現零件的加工，常見CAM軟體有：北航海爾的CAXA製造工程師以及MasterCAM，Cimatron等。
Pro/E和MasterCAM是其中用的較多的CAD/CAM軟體。PRO/E是美國PTC公司推出的新一代CAD/CAE/CAM軟體，它功能非常強大，利用它可以進行零件設計、產品裝配、數控加工、鈑金件設計、模具設計、機構分析、有限元分析和產品資料庫管理等，被廣泛應用於工業設計、機械等眾多行業。
Mastercam是由美國cnc software公司推出的基於PC平臺上的CAD/CAM軟體，具有很強的加工功能，它不僅能對刀位軌跡進行程式設計及校驗，而且能夠對切削加工過程模擬，在生成加工程式碼方面具有獨到的優勢。由於Mastercam主要針對數控加工，零件的設計造型功能不強，因此將Pro/E強大的造型功能和Mastercam可靠的加工功能結合起來將會使零件的設計與加工更加快捷方便。以Pro/E和MasterCAM軟體為例就CAD/CAM軟體在注塑模具設計與加工中的關鍵技術進行探討。
二、模具設計與加工的一般流程
以注塑模具為例運用Pro/E及Mastercam進行模具設計與製造的流程如圖1所示：它主要包括兩大部分，計算機輔助設計(CAD)及計算機輔助製造CAM，CAD部分主要包括產品三維建模、模型檢測與分析及模具元件設計。CAM部分包括設定加工操作環境、刀具及工藝引數分析與設定及後處理檔案配置與加工。在Pro/E中與注塑模具有關的的主要模組有3個：模具設計模組、模座設計模組、塑料顧問模組。
模具設計模組主要用於設計模具零部件及元件，它包括如下功能：設定注射零件的.收縮率;對模具進行方案設計;對模具型腔、型芯、滑塊以及相關模具零件進行設計;在模具元件中新增標準元件;設計注射流道和水道;進行模具分模檢查及開模模擬，以便發現模具元件在開模時是否與其他模具元件發生相互干涉。
以確認模具在分模過程中能否正常開模。模具設計的基礎是模型的建立，因此，需要首先在Pro/E環境下在零件模組中通過拉伸、切除、抽殼及拔模等造型功能建立零件模型，然後根據零件模型在模具設計模組Pro/MOLDESIGN)中建立、修改、分析模具元件其元件。為了使設計模組得到優化，可以利用塑料顧問模組對模具和產品進行數值分析模擬，以便分析設計缺陷並進行工藝引數及模具結構的改進。設計好的模具在CAM部分進行數控程式碼生成成及加工。
三、模具設計與加工中的關鍵技術
模具設計中建模方法的靈活運用
通過Pro/E可以用2種方法設計模架及其元件。第一種方法是基於Pro/E的模具設計EMX(注塑模具設計專家)進行模具設計。EMX是Pro/E提供的一個基於知識庫的模架裝配外掛，通過該模組可以進行模架元件的建立，它提供了多種品牌的標準框架元件，通過定義不同元件的尺寸就可以生成模架元件，方便了零件的裝配和修改，從而節省設計時間和費用。第二種方法通過引數化方法設計模具元件。當需要對模具庫進行擴充或者設計非標準模具元件時，引數化建模方法提供了很大的方便。PRO/E的PRO/PROCRAM模組提供了基於零件和元件模型的程式列表程式設計技術，以便使用者進行零件和元件的引數化設計。
PRO/E提供的程式編輯功能，使產品設計的更加靈活，能在較短時間內建立不同版本的產品，方便了產品零件庫的建立。在零件模組下，PRO/E提供的PROGRAM具有設定輸入提示句，方便使用者根據提示輸入特定的引數值;能夠生成不同版本的零件;通過關係式建立尺寸之間的關係;通過IF—ELSE語句運用，讓PRO/E能夠根據條件自動判斷等功能。
利用該模組編制引數化設計程式比較簡單，在系統自動建立的程式列表基礎上只需新增少量程式碼，就可以實現三維模型的引數化設計功能。但是由於PRO/PROGRAM模組提供的語句較少，要設計功能強大一些的程式時需要採用更高階的程式設計技術，如PRO/TOOLKIT等。另外，模型的構建流程對程式的編寫有很大的影響，一個零件的建立可以有多種方法，如果構建流程不合理，可能會帶來零件的不能重生。所以在建模過程中儘量讓重要尺寸用單獨的特徵來表示，不要一次建立很多個尺寸特徵，這雖然建模的時候很快，但給後續工作帶來很多麻煩。
模具加工模擬中的關鍵技術
隨著數控技術的發展，模具加工的精度也越來越高，CAD/CAM的無縫銜接使得模具從設計到製造週期縮短，自動化程度得到很大提高。模具經過設計及分析後，最終要生成數控程式並控制數控機床進行加工。Pro/E本身自帶有一個NC模組，在該模組下可以進行毛坯設定、工藝引數及切削引數設定，並進行刀具路徑演示及模擬，最終生成數控程式碼。
然而，Pro/E在實體引數化造型功能及模具設計方面有較強的優勢，但在加工方面因其引數設定較為繁瑣，而MasterCAM在產品造型及模具設計方面不如Pro/E，但在數控加工方面比較可靠方便，因此，利用Pro/E進行模具設計利用MasterCAM進行加工模擬及加工是目前模具行業和數控加工領域中普遍的工作模式。Pro/E下設計的模具在MasterCAM下進行操作流程如下。
資料格式轉換
MasterCAM可讀取提IGES，SAT，DXF，DWG等多種格式的檔案，其中IGES是應用最廣泛的一種資料交換標準，因此，在Pro/E中完成模具設計後，需要開啟模具檔案，選擇選單欄中的【檔案】/【儲存副本】命令，將檔案儲存為IGES格式的檔案。然後啟動Mastercam9.0系統的【Mill 9】模組，選擇檔案/檔案轉換/IGES/讀取命令，轉入IGES檔案，並對座標進行處理，使得座標一致。
加工工藝分析
工藝分析主要包括加工坯料、對刀點的確定、規劃外形加工刀具路徑，規劃曲面等高外形粗加工刀具路徑等內容。在如圖2所示的刀具庫對話方塊中選擇加工用刀具，在圖3所示刀具引數設定對話方塊中對刀具引數及外形銑削引數進行設定。
加工模擬及數控程式碼生成
工藝引數設定好後，就可以選擇“刀具路徑”主選單下的“實體驗證”功能進行模擬加工，如果加工模擬無誤，則可以生成NC程式碼。但是一個完整的CAM系統包括了主處理程式(Main Processor)和後置理程式Post Processor)2部分。主處理程式的功能是接收使用者輸入的資訊，並且對它進行編譯、計算、處理，將刀具路徑資料在一般的座標系中表現出來，將處理的結果放置在刀位資料CLDCutter Location Data)檔案中，這種檔案不能直接用作數控裝置的控制指令，因此必須有一個後置處理程式。後置處理程式是按照數控機床的功能及數控加工程式格式的要而編寫的計算機程式。
它將CLD檔案的內容和功能資訊資訊轉換成某種數控機床控制單元所能接收的數控加工程式程式碼。由於不同的數控系統加工程式程式碼的規定各不相同，因此針對不的數控系統系統需要提供不同的後置處理程。一般情況下CAM對於常用系統都配有相應的後處理程式，但對於有些國產系統沒有相應的後處理程式，就需要使用者修改或者設計後處理程式，從而生成滿足相應機床格式的NC程式碼。最後將生成的數控程式碼通過RS232介面輸入機床或者通過DNC直接加工。
結語
由於CAD/CAM技術的應用，提高了模具設計質量，縮短了模具設計週期，提高了零件的製造精度。特別是隨著零件複雜程度的增加，CAD/CAM技術一體化使模具設計製造更加便捷，具有廣泛的應用前景。
