前言

　　歐盟（通過其所屬各國政府的 EUREKE 計劃）在 1998 和 2000 年間支持了"無紙

　　項目

　　· 三個模具制造廠家（包括一個小型高精度模具如手機(jī)模具制造廠家，兩個大型模具如汽車儀表盤和翼子板生產(chǎn)廠家）鉴竭。

　　· 以英國模具行業(yè)協(xié)會（GTMA）和英國塑料聯(lián)盟（BPF）組成的專家顧問組歧譬。

　　· 西班牙模具制造廠家所組成的專家顧問組。

　　模具設(shè)計和制造的生命周期

　　模具設(shè)計和制造的生命周期可分成以下幾個階段：

　　第一階段：估價和報價

　　新產(chǎn)品快速交貨的要求搏存，意味著模具生產(chǎn)廠家需要進(jìn)行更多的報價测扼，且要求更快地給出報價。很少有用戶現(xiàn)在會選用一個連報價都不能及時給出的廠家進(jìn)行加工啡产。然而纲秫，報價時間的緊迫很容易導(dǎo)致錯誤的產(chǎn)生，從而使廠家付出沉重代價肢有。

　　報價太高单步，合同會被能給出更精確報價的競爭廠家奪走。更糟的是涣恤，若報價太低且奔，則可能做賠本生意，或是扯進(jìn)討厭诉德、無休止的討價還價中晃纹，以將價格提到實(shí)際水平钢怪。

　　估價和報價過程中對模具制造廠家最嚴(yán)峻考驗是客戶提供的數(shù)據(jù)為 CAD 模型柱洽。通常很難通過 CAD模型提供的信息快速判斷出加工此模型的模具所需的工作量。還有一個問題在估價和報價過程中必須考慮到鲁修，即如果提供的數(shù)據(jù)不完整本谜，如模型中沒有圓倒角或拔模面等，則需要對該模型進(jìn)行大量的加工準(zhǔn)備工作偎窘，以將這些細(xì)節(jié)添加到模型中乌助。除非報價中包括了足夠的進(jìn)行這些準(zhǔn)備工作的工時和費(fèi)用，否則一個看起來有一定利潤的項目陌知，會變成一虧本買賣他托。

　　研究發(fā)現(xiàn)掖肋，模具設(shè)計和制造生命周期的這個階段，模具制造廠家主要希望能有一個面向他們的查看和估價工具赏参。

　　· 有些模具制造廠家使用的 CAD 查看器通常是面片查看器志笼。這種查看器可用來查看模型和截面模型，但不能測量模型中的半徑把篓、直徑等纫溃，因為在模型面片化過程中，實(shí)際的原始幾何數(shù)據(jù)已被軟件進(jìn)行了近似處理韧掩。

　　· 希望此工具具備一些簡單的繪圖功能紊浩，如可增加一些主要長度尺寸以及可產(chǎn)生全尺寸繪圖等。

　　· 盡管沒必要使用完整的 CAD 系統(tǒng)柒汉，但他們常常需要在一定程度上對整個模型進(jìn)行操作绒催，這包括對模型進(jìn)行偏置處理，以通過外部曲面產(chǎn)生內(nèi)部曲面监昏；復(fù)制拦腌、鏡向和旋轉(zhuǎn)操作，以幫助多型腔模具和具有對稱設(shè)計的模型報價等言酪。

　　· 除需查看器具有普通 CAD 模型查看器所具有的基本功能外岭限，他們更需要一些針對模具制造的特殊工具，如能夠找出并顯示倒勾型面的工具败饵；能夠測量拔模角和壁厚的工具等酣器。

　　· 為滿足這些要求，Delcam 引入了一特別版 PowerSHAPE 軟件 -- PS-Estimator熊过。 該軟件提供了大量的 CAD 模型分析和識別方法吝重，可測量模型尺寸，同樣可幫助確保給出精確報價胖真。這些分析和識別功能還可幫助及早發(fā)現(xiàn)模型中存在的問題沦匿，以盡早、盡快振峻、盡可能經(jīng)濟(jì)地對問題進(jìn)行處理臼疫。

　　第二階段：輸入產(chǎn)品模型，生成高質(zhì)量實(shí)體模型研究表明：

　　· 模具制造廠家需要讀取包括一些不太流行軟件在內(nèi)的多種軟件產(chǎn)生的原始模型數(shù)據(jù)扣孟。讓他們同時配備客戶擁有的每一套 CADCAM 軟件系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)的烫堤。盡管購買轉(zhuǎn)換器是一個相對經(jīng)濟(jì)的解決方法，但花錢購買那些僅偶爾使用一次的系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器凤价，實(shí)在不值得鸽斟。為克服這些困難，有些公司現(xiàn)在提供在線轉(zhuǎn)換服務(wù)。在線轉(zhuǎn)換服務(wù)是一種按次付費(fèi)的服務(wù)富蓄，轉(zhuǎn)換一次剩燥，付一次費(fèi)，可不用花大量經(jīng)費(fèi)購買轉(zhuǎn)換軟件立倍。

　　· 多數(shù)常用 CADCAM 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換能力很差躏吊，輸入不同軟件產(chǎn)生的模型常常會丟失曲面數(shù)據(jù)和出現(xiàn)壞裁剪曲面，需要進(jìn)行大量的工作來重新生成高品質(zhì)實(shí)體模型帐萎。這項工作通常需要許多天才能完成比伏。

　　· 多數(shù)實(shí)體造型器的復(fù)雜曲面造型能力（如曲面擬合、縫合等）很差辐逝。

　　多數(shù)造型器不能很好地處理來自粗糙公差造型器產(chǎn)生的模型數(shù)據(jù)吸畸。這將導(dǎo)致諸如數(shù)據(jù)輸入、修改由于不同公差產(chǎn)生的曲面間隙黄惭、形成完全閉合的模型供分析等很多問題翁脓。如果間隙大于所需公差，用戶可使用愈合(healing)和公差處理模型(tolerant modelling)兩個方法來解決祟俯。愈合涉及曲面裁剪邊界的重新計算漫北，如重新相交曲面，使它們更精確五妹。這種方法在某些情況下可行市贡，但并非對所有情況都有效。公差處理模型涉及按一定公差辞皇，如 0.1mm切果，匹配兩個曲面的任一側(cè)來限定一邊緣。盡管從純數(shù)學(xué)的角度來說符焊，這種方法的精度不如前者淘太，但在實(shí)際加工過程中這是一更為可行的方法。

　　使用公差處理模型方法處理過的模型在接受軟件中應(yīng)可正常工作规丽，盡管在兩個面片間存在一個很小的蒲牧，不宜察覺的間隙。

　　第三階段：完備產(chǎn)品模型

　　生命周期的下一步是完備產(chǎn)品模型赌莺。有時模型中的某些部分有意未完成冰抢，產(chǎn)品設(shè)計師僅設(shè)計出足以實(shí)現(xiàn)設(shè)計產(chǎn)品所需的花樣和款式的那部分模型，而細(xì)節(jié)造型部分（如圓倒角）則留給模具制造廠家完成雄嚣。在汽車零部件生產(chǎn)中晒屎，模具制造廠家常常得到僅有一個面 A 面（外部曲面）的模型，零件設(shè)計師希望模具制造廠家自己生成內(nèi)部曲面（按壁厚偏置而成）缓升。偶爾模具制造廠家確實(shí)能得到一完整的實(shí)體模型，即使這樣蕴轨，也需他們將模型分離成型芯和型腔兩組曲面港谊。即便得到的產(chǎn)品模型從理論上說絕對完備骇吭，模具制造廠家也常常需對模型進(jìn)行一些必要的調(diào)整，如改變拔模角歧寺、壁厚等咱取，以確保零件能順利成型。盡管現(xiàn)在很多產(chǎn)品設(shè)計師在產(chǎn)品設(shè)計過程中更多地考慮加工要求阅秀，以保證所設(shè)計產(chǎn)品能滿足加工需要姆歹，但他們中間還是有很多人在設(shè)計過程中我行我素，使設(shè)計的產(chǎn)品很難加工京拣。 模具制造廠家在此階段遇到的主要問題是：

　　· 許多 CADCAM 系統(tǒng)的復(fù)雜曲面偏置功能很差虽浆，因此通過 A 曲面產(chǎn)生B曲面可能存在問題。

　　· 多數(shù) CADCAM 系統(tǒng)沒有專門的型芯和型腔曲面分離功能帜猩。分離型芯和型腔曲面是一個勞動強(qiáng)度很大的工作休惰。

　　· 多數(shù)系統(tǒng)沒有專門的拔模角和壁厚測量工具。

　　· 多數(shù)系統(tǒng)沒有專門的增加額外拔模角工具（幫助取出模型）朦阶。

　　同時考慮到數(shù)據(jù)交換和完備產(chǎn)品模型杜凌，模具制造廠家通常需要綜合使用曲面造型技術(shù)和實(shí)體造型方法。很多混合建模 CAD 系統(tǒng)現(xiàn)在都具有這種綜合能力杰翰。綜合使用這兩種技術(shù)的目的在于既能利用實(shí)體造型處理標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀快速簡便的優(yōu)勢名篷，又能利用曲面造型的柔性來生成和修改形狀更復(fù)雜的零件。例如焰诲，許多塑料模具具有復(fù)雜的外部曲面湖笨，而其內(nèi)部幾何形狀，如加強(qiáng)筋或螺孔凸臺相對簡單蹦骑。為此慈省，可使用曲面造型來建構(gòu)可見曲面，而使用實(shí)體造型來更快地產(chǎn)生簡單的內(nèi)部結(jié)構(gòu)眠菇。同樣边败，使用實(shí)體造型可更容易地通過外部曲面產(chǎn)生內(nèi)部曲面。

　　第四階段：產(chǎn)生模具

　　修整產(chǎn)品模型并確保它能進(jìn)行流暢的加工造型后捎废，下面即是模具產(chǎn)生階段笑窜。模具的產(chǎn)生涉及到兩個步驟，其一是產(chǎn)生模具鑲塊（組成型芯和型腔）登疗；其二是產(chǎn)生模具的其它結(jié)構(gòu)（模架及其它附件）排截。此階段模具制造廠家遇到的主要問題是：

　　· 多數(shù)造型器需要一塊塊地生成零件曲面，然后填充間隙辐益，最后進(jìn)行交互裁剪断傲。這是一項非常費(fèi)時的工作。Delcam 對這個問題的解決方案是使用模具鑲塊向?qū)С绦?Die Wizard"。該程序可自動尋找產(chǎn)品模型的分模線并自動將模塊分為合適尺寸的兩部分层筹， 自動產(chǎn)生高質(zhì)量的分模面苦频，自動分離型芯和型腔。

　　· 需要模具零件標(biāo)準(zhǔn)件庫风踪。有些自動設(shè)計系統(tǒng)現(xiàn)在已擁有這種標(biāo)準(zhǔn)件庫梧杠。更高級的系統(tǒng)還同時允許用戶設(shè)計需要的任何非標(biāo)準(zhǔn)零件，且可將設(shè)計完畢后的零件增加到用戶自定義標(biāo)準(zhǔn)庫中也菊，供以后使用啤都。

　　· 多數(shù)模具制造廠家希望通過實(shí)體建立模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，認(rèn)為實(shí)體造型器是進(jìn)行這項工作最好的CAD 工具揽宵。然而溃锤，模具的型芯、型腔和滑塊這些部分需要使用曲面造型工具完成援栗。多數(shù)模具制造廠家感到當(dāng)前市場上還沒有一種合適的骄雇，能較好地綜合實(shí)體造型和曲面造型優(yōu)點(diǎn)并令他們滿意的工具。模具制造廠家使用實(shí)體造型器建構(gòu)模具結(jié)構(gòu)遇到的典型問題是以 IGES 格式輸入的曲面數(shù)據(jù)產(chǎn)生實(shí)體帘惜。這個過程要么耗用時間太長瑰侥；要么可能會完全阻止通過實(shí)體造型建構(gòu)模具結(jié)構(gòu)的進(jìn)行。和模型設(shè)計的情況一樣稳析，現(xiàn)在越來越多的公司都轉(zhuǎn)向使用混合建模系統(tǒng)洗做，以便使用最有效的方式來完成設(shè)計。

　　第五階段：加工準(zhǔn)備

　　模具零件設(shè)計完畢后彰居，正式加工前還需進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作诚纸。對那些需進(jìn)行切削加工的區(qū)域，加工工程師必須選取合適的加工刀具陈惰；對那些不能進(jìn)行切削加工的區(qū)域（如尖銳內(nèi)角畦徘，狹窄溝槽等），則需使用電極來對這些區(qū)域進(jìn)行放電加工抬闯。通過對參加項目的模具加工廠家的調(diào)查發(fā)現(xiàn)井辆，此階段主要存在以下問題：

　　· 很難通過目測判斷來為加工區(qū)域選取最合適的刀具。現(xiàn)在使用 CAD 系統(tǒng)中的最小半徑陰影選項進(jìn)行判斷要快得多溶握，也容易得多杯缺。

　　· 電極模型設(shè)計是工時延誤的主要原因。典型電極模型是零件模型區(qū)域的求逆睡榆，它通過復(fù)制模型區(qū)域幾何形狀然后裁剪產(chǎn)生萍肆。電極設(shè)計完畢后，需填充上主模型上的電極加工區(qū)域栽铁，以保證切削加工時不會加工到放電區(qū)域笆犀。需將復(fù)制曲面（描繪電極）沿電極加工邊緣做微量延伸柜步，以保證具有一定的過放電區(qū)域，然后將它增加到擠出曲面上而形成電極體应婴。在此主要存在以下問題：

　　· 獨(dú)立電極幾何形體需要非常好的曲面裁剪（通常需要逐個曲面地進(jìn)行）抽胁，這需花費(fèi)很長時間噩檬。

　　· 產(chǎn)生過放電延伸面也是一件勞動強(qiáng)度很大的工作（通常得逐個面地進(jìn)行）林邪。

　　· 需產(chǎn)生 EDM 設(shè)置清單，以定位電極肾轨。這項工作十分枯燥且容易出錯初禁。

　　· Delcam 現(xiàn)在提供了一特殊的電極設(shè)計模塊 PS-Electrode，它可自動進(jìn)行電極設(shè)計档徘。 模塊可自動識別放電區(qū)域棘魏，用戶僅需在向?qū)С绦蛑刑顚憥讉€簡單表格，即可完成全部電極設(shè)計宝各。

　　第六階段：產(chǎn)生加工刀具路徑

　　在本項目進(jìn)行期間烹豫，通過主 CAD 模型產(chǎn)生 3D 切削刀具路徑的自動化程度已相當(dāng)高，問題出在 2D加工婴削。人們通常使用單獨(dú)的 2D 加工軟件包來產(chǎn)生 2D 加工的刀具路徑（供鉆孔等）廊镜。 最典型的是模具制造廠家將數(shù)據(jù)以 2D DXF 格式（這也是 2D 加工軟件通常使用的一種輸入格式）輸出，然后重新手動輸入諸如孔深等數(shù)據(jù)唉俗。顯然嗤朴，這種方法很容易出錯，也很費(fèi)時虫溜，可以說完全沒有必要雹姊。

　　另一個問題是隨后必須從模型中刪除 2D 特征供 3D 切削（以免切削刀具切入孔中）。

　　現(xiàn)在衡楞，孔產(chǎn)生后吱雏，孔的加工信息（如是通孔還是盲孔，是鉆孔還是攻螺紋等）可包含在模型中瘾境。這些信息可自動被加工軟件轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生出所需的鉆孔刀具路徑歧杏。

　　并行工程

　　通常在產(chǎn)品設(shè)計完畢之前，模具制造廠家即已開始進(jìn)行模具設(shè)計寄雀。在上述的這些階段中得滤，他們會不斷地得到修改過的設(shè)計的 IGES 文件。一般來說百睹，他們得到的是整個模型菊虏，而不僅僅是模型中修改過的部分。這就意味著他們總在擔(dān)心會丟失模型的某些改變阳框。在模具設(shè)計和加工的后期才發(fā)現(xiàn)忽視了模型的某個地方的變動桦材，那是致命的屋赌。他們希望有一種方法能幫助識別出不同版本模型中模型設(shè)計的變化部分。現(xiàn)在有些 CAD 系統(tǒng)已具備這種可視識別功能炮惕。

　　結(jié)論

　　本項目建立了一完全針對模具制造的 CAD 軟件系統(tǒng)瓜坎，該系統(tǒng)采用了綜合實(shí)體造型和曲面造型優(yōu)勢的混合建模方法。除提供普通 CAD 系統(tǒng)所具有的全部工具外射贡，該系統(tǒng)還提供了大量針對模具設(shè)計和制造各個階段的專門工具瞪歹。通過該 CAD 系統(tǒng)建立的 3D 模型包含有豐富的加工知識，可作為模具加工廠家模具設(shè)計和制造過程的主 CAD 模型和主信息源演苍，供整個公司共享蛇热。模型可使用toolmaking-oriented 查看器（該查看器為免費(fèi)查看器）查看，可用來產(chǎn)生 3D 切削刀具路徑和2D 鉆孔刀具路徑氧吐，產(chǎn)生 EDM 所使用的電極以及加工過程中所需要的所有設(shè)置清單讹蘑。在那些還需要紙頭文件的地方，紙頭文件可通過主模型半自動產(chǎn)生筑舅，沒必要輸入其它處理器（如 2D 加工軟件）座慰。

　　生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果

　　其中一個參加項目的模具制造廠家做了以下描述"使用項目所開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行模具設(shè)計和制造后，我們看到的最直接的效果是整個模具設(shè)計和制造 的質(zhì)量翠拣、性能和控制明顯改善正什。CAD 零件和模具精度也有很大提高⊙蚀桑現(xiàn)在我們能快速有效地產(chǎn)生和分析來自不同客戶的復(fù)雜模具曲面。此外，刀具路徑生成能力及路徑質(zhì)量也有很大程度提高茅早。我們的 CAD 系統(tǒng)的使用效率及工程技術(shù)人員的工作效率顯著提高板薛。" 參加項目的另一模具制造廠家做了以下描述"自使用項目開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行模具設(shè)計和制造后沛豌，我們可接受更復(fù)雜形狀模型的模具設(shè)計和加工任務(wù)庸娱，可產(chǎn)生形狀極其復(fù)雜的模具表面以及十分經(jīng)濟(jì)有效的刀具路徑。不到8個星期時間畦娄，我們即可 設(shè)計和生產(chǎn)出形狀十分復(fù)雜的模型的加工模具又沾，而以前設(shè)計和加工類似模具需10到12個星期。現(xiàn)在我們能更容易地分模復(fù)雜 3D 模型熙卡，更有效地產(chǎn)生拔模角和分模線巷科。三軸 3D 加工的使用也簡單得多。系統(tǒng)所提供的多種新加工策略选曼，極大提高了淬火鋼底靴、銅、和石墨的高速加工速度失傍。另外贝崎，自動產(chǎn)生設(shè)置清單解決了我們過去感到最耗時，最頭疼的問題民沈。"

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