建筑电气模具CAD/CAM系统的应用研究

    1　模型CAD/CAM系统的需求分析

　　杭州鸿雁电器公司(以下简称为鸿雁公司)是国内著名的建筑电气产品专业生产经营公司。其主要产品为建筑电气(包括开关、插座、接线盒)，市场占有率居全国首位。长期以来，鸿雁公司的模具设计与制造主要依赖于外协厂。由于外协厂的模具设计与制造技术较弱，至使模型的设计、制造质量较差，生产周期较长。

　　面对市场竞争的加剧，公司决定走外引内研的技术路线，借助计算机网络技术，规划和实施模具CAD/CAM系统，来缩短模型设计和制造周期、提高模具质量。

    2　模具CAD/CAM系统的组成

　　鸿雁公司模具CAD/CAM系统的组成如图1所示。

图1　鸿雁公司模具CAD/CAM系统的组成

　　鸿雁公司模具CAD系统引进了美国PTC公司的Pro/ENGINEER系列软件。为使CAD软件更大程度地帮助模具设计人员提高工作效率，结合鸿雁公司的实际情况，在Pro/ENGINEER软件的基础上建立了模具的标准化、系列化、通用化体系，包括建立符合国家标准、企业标准的标准模具库、模具通用结构库及标准模架库，并进一步自行开发了模具设计数据管理子系统、设计审核子系统以及功能分析子系统。

　　模具设计数据管理子系统包括图号申请、设计文件归档、设计更改管理及工艺更改管理等模块。功能分析子系统负责给模具设计人员完成建筑电气模具刚度、强度校核、对设计模型进行装配及仿真、熔接线分析提供辅助性手段。

　　模具CAM系统负责整理加工参数和加工工艺，并进一步优化加工参数及加工工艺，进行计算机辅助工艺规程设计，生成模具加工NC指令。借助CAM技术就可以依据模具几何形状确定加工方法及刀路轨迹；依据待加工表面的曲面类型和精度要求，综合考虑生产效率和切削工艺性，选择合适的刀具参数；并利用动态仿真程序模拟机床刀具加工零件的完整过程，检查数控编程中可能产生的错误，预先观察刀具切削加工的全过程，从而检验实际加工时是否过切、是否碰刀和扎刀以及加工方式是否合理，最后通过后处理将刀位文件转换为相应的代码来控制机床的加工。

　　模具过程控制和检测系统负责对工艺数据库、工艺规程管理、检测模具设计制造过程实施模具质量保证体系。该系统负责在Pro/ENGINEER系列软件的基础上，建立和管理针对鸿雁公司建筑电气模具的模具材料数据库、刀具数据库、精度数据库、切削用量库、机床数据库及夹具数据库。基于这些加工信息库，决定可行的工艺过程，确定工序组成及其顺序、加工余量工序尺寸切削参数，设计刀具运动轨迹及机床控制指令，以此来确保模具的制造质量。

3　模具CAD/CAM/DNC网络系统

　　鸿雁公司模具CAD/CAM/DNC网络的总体结构如图2所示。

图2　鸿雁公司模具CAD/CAM/DNC网络系统总体结构

　　基于这种网络环境，建筑电气模具的设计制造过程如下(以建筑电气面板模为例)：

　　(1)从产品CAD子网获取建筑电气面板产品模型数据；

　　(2)模型CAD人员根据注塑工艺方案(包括塑料收缩率、分型面、加工余量、浇道布置等)，设计出三维实体特征表达的建筑电气面板应用模型。设计过程中可直接利用模具“三化”体系中的标准模具库、模具通用结构库及标准模架库，同时还可以根据相似性原则，检索及借鉴原有的相关模具设计；

　(3)分析人员对此模型进行结构分析、熔接线分析及刚度、强度校核，同时由设计审核人员对模具设计进行审核，提出审核意见；

　　(4)模型CAM人员进行面板主体、型芯、型腔的CAM应用造型，对设计出的模型进行装配模拟、计算机编程，获得刀位源文件，通过仿真加工模拟检查是否存在“过切”或“欠切”现象，满足要求后，进行后置处理生成数控NC代码，并将NC代码存储于DNC服务器中；

　　(5)CAD人员将三维模型转换为二维工程设计文件用以指导生产现场或进行简单部件的编程；

　　(6)调度人员根据要求制定生产方案，建立刀具库，发出加工指令；

　　(7)操作员根据指令调用DNC服务器里的NC程序，分步并行地进行DNC操作，完成加工任务；

　　(8)钳工对模具进行抛光、装配；

　　(9)试模、检测、修模直至完成。

    4　模具CAD/CAM系统的实施效果

　　鸿雁公司模具CAD/CAM系统实现了从模具设计、分析、制造到装配一体化。现在这一集成系统可以加工的模具有注塑模、冲模、压塑模等，能够满足建筑电气模具设计和制造的要求，取得了令人满意的实施效果：

　　(1)提高了建筑电气模具的质量。系统提供各类成形工艺和模具结构的综合性数据以及性能的设计手段，为模具的设计和工艺的制定提供了有力支持，使模具设计和制造工艺更为合理，再加上拥有先进的数控加工中心、数控线切割机、三坐标测量机及数控电火花成型机等自动化加工设备，从而为提高建筑电气模具质量提供了保证。鸿雁公司借助模具CAD/CAM系统开发的K系列产品已达到国际同类产品的先进水平。

　　(2)提高了模具的开发、生产效率。模具设计过程中的分析计算和图样绘制均由计算机完成，从而大大提高了设计时间，CAM的应用也有助于缩短从设计到制造的周期。鸿雁公司实施模具CAD/CAM系统后，一个系列产品(约30个产品)的模具开发周期从原来的约3年时间缩短到了目前的1.4年，大大缩短了新产品的上市周期。

　　(3)降低了模具生产成本。系统的应用避免了大量的人工绘图及计算；改进并加速了模具设计的审核工作；同时，不需要实物模型就可以对三维实体模型进行仿真，对模具的刚度、强度进行校核，进行熔接线分析，及时找到了优化设计方案；另外，借助模具CAD/CAM系统，可以加工出传统方法难以加工的复杂模型型面。所有这些均有助于模具生产成本的降低。

　　(4)提高了模具设计和制造水平。模具CAD/CAM系统将模具工作人员从繁重的计算、绘图和NC编程工作中解放出来，同时提供了高性能的设计、制造手段，使模具设计人员可以从事更多创造性的劳动，从而提高了模具的设计和制造水平。