模具自动化技术

模具自动化技术

欧盟（通过其所属各国政府的EUREKE 计划）在1998 和2000 年间支持了"无纸模具设计和制造"这一研究和开发项目。本文介绍了此项目所进行的工作以及结果。此领域的进一步研究－进一步扩大本项目的讲究成果，特别是在模具设计和制造中大量应用Internet-based（基于互联网的）工具和方法，现正由另一欧洲项目－e_mould 进行。

项目

项目目的：

·研究模具设计和制造的整个生命周期，找到模具设计和制造过程的瓶颈并提出减缓瓶颈的方法。

·通过主CAD 模型直接半自动化制造模具。

·增加模具制造所需信息到CAD 模型。

·通过主CAD 模型自动产生所需纸头文件（如设置清单等）。

·使所有项目相关人员能共享主CAD 模型信息。

换句话说，本项目旨在以主CAD 模型为全部工作的中心参考源，消除（或是尽可能地消除）描述模型状态的纸头文件，丰富模型内容，优化及简化模型建构和维护以及自模型开始的下游过程。

项目协作单位

项目协作单位有：

· CADCAM 软件开发单位Delcam。

·三个模具制造厂家（包括一个小型高精度模具如手机模具制造厂家，两个大型模具如汽车仪表盘和翼子板生产厂家）。

·以英国模具行业协会（GTMA）和英国塑料联盟（BPF）组成的专家顾问组。·西班牙模具制造厂家所组成的专家顾问组。

模具设计和制造的生命周期

模具设计和制造的生命周期可分成以下几个阶段：

第一阶段：估价和报价

新产品快速交货的要求，意味着模具生产厂家需要进行更多的报价，且要求更快地给出报价。很少有用户现在会选用一个连报价都不能及时给出的厂家进行加工。然而，报价时间的紧迫很容易导致错误的产生，从而使厂家付出沉重代价。

报价太高，合同会被能给出更精确报价的竞争厂家夺走。更糟的是，若报价太低，则可能做赔本生意，或是扯进讨厌、无休止的讨价还价中，以将价格提到实际水平。

估价和报价过程中对模具制造厂家最严峻考验是客户提供的数据为CAD 模型。通常很难通过CAD模型提供的信息快速判断出加工此模型的模具所需的工作量。还有一个问题在估价和报价过程中必须考虑到，即如果提供的数据不完整，如模型中没有圆倒角或拔模面等，则需要对该模型进行大量的加工准备工作，以将这些细节添加到模型中。除非报价中包括了足够的进行这些准备工作的工时和费用，否则一个看起来有一定利润的项目，会变成一亏本买卖。

研究发现，模具设计和制造生命周期的这个阶段，模具制造厂家主要希望能有一个面向他们的查看和估价工具。

有些模具制造厂家使用的CAD 查看器通常是面片查看器。这种查看器可用来查看模型和截面模型，但不能测量模型中的半径、直径等，因为在模型面片化过程中，实际的原始几何数据已被软件进行了近似处理。

希望此工具具备一些简单的绘图功能，如可增加一些主要长度尺寸以及可产生全尺寸绘图等。

尽管没必要使用完整的CAD 系统，但他们常常需要在一定程度上对整个模型进行操作，这包括对模型进行偏置处理，以通过外部曲面产生内部曲面；复制、镜向和旋转操作，以帮助多型腔模具和具有对称设计的模型报价等。

除需查看器具有普通CAD 模型查看器所具有的基本功能外，他们更需要一些针对模具制造的特殊工具，如能够找出并显示倒勾型面的工具；能够测量拔模角和壁厚的工具等。

为满足这些要求，Delcam 引入了一特别版PowerSHAPE 软件-- PS-Estimat or。该软件提供了大量的CAD 模型分析和识别方法，可测量模型尺寸，同样可帮助确保给出精确报价。这些分析和识别功能还可帮助及早发现模型中存在的问题，以尽早、尽快、尽可能经济地对问题进行处理。

第二阶段：输入产品模型，生成高质量实体模型研究表明：

模具制造厂家需要读取包括一些不太流行软件在内的多种软件产生的原始模型数据。让他们同时配备客户拥有的每一套CADCAM 软件系统是不现实的。尽管购买转换器是一个相对经济的解决方法，但花钱购买那些仅偶尔使用一次的系统的转换器，实在不值得。为克服这些困难，有些公司现在提供在线转换服务。在

线转换服务是一种按次付费的服务，转换一次，付一次费，可不用花大量经费购买转换软件。

多数常用CADCAM 系统的数据交换能力很差，输入不同软件产生的模型常常会丢失曲面数据和出现坏裁剪曲面，需要进行大量的工作来重新生成高品质实体模型。这项工作通常需要许多天才能完成。

多数实体造型器的复杂曲面造型能力（如曲面拟合、缝合等）很差。

多数造型器不能很好地处理来自粗糙公差造型器产生的模型数据。这将导致诸如数据输入、修改由于不同公差产生的曲面间隙、形成完全闭合的模型供分析等很多问题。如果间隙大于所需公差，用户可使用愈合(healing)和公差处理模型(t olerant modelling)两个方法来解决。愈合涉及曲面裁剪边界的重新计算，如重新相交曲面，使它们更精确。这种方法在某些情况下可行，但并非对所有情况都有效。公差处理模型涉及按一定公差，如0.1mm，匹配两个曲面的任一侧来限定一边缘。尽管从纯数学的角度来说，这种方法的精度不如前者，但在实际加工过程中这是一更为可行的方法。

使用公差处理模型方法处理过的模型在接受软件中应可正常工作，尽管在两个面片间存在一个很小的，不宜察觉的间隙。

第三阶段：完备产品模型

生命周期的下一步是完备产品模型。有时模型中的某些部分有意未完成，产品设计师仅设计出足以实现设计产品所需的花样和款式的那部分模型，而细节造型部分（如圆倒角）则留给模具制造厂家完成。在汽车零部件生产中，模具制造厂家常常得到仅有一个面A 面（外部曲面）的模型，零件设计师希望模具制造厂家自己生成内部曲面（按壁厚偏置而成）。偶尔模具制造厂家确实能得到一完整的实体模型，即使这样，也需他们将模型分离成型芯和型腔两组曲面。即便得到的产品模型从理论上说绝对完备，模具制造厂家也常常需对模型进行一些必要的调整，如改变拔模角、壁厚等，以确保零件能顺利成型。尽管现在很多产品设计师在产品设计过程中更多地考虑加工要求，以保证所设计产品能满足加工需要，但他们中间还是有很多人在设计过程中我行我素，使设计的产品很难加工。模具制造厂家在此阶段遇到的主要问题是：

许多CADCAM 系统的复杂曲面偏置功能很差，因此通过A 曲面产生B曲面可能存在问题。

多数CADCAM 系统没有专门的型芯和型腔曲面分离功能。分离型芯和型腔曲面是一个劳动强度很大的工作。