1 現(xiàn)今模具行業(yè)流行的三維建模軟件
1.1 現(xiàn)今模具行業(yè)中主流繪制二維圖形軟件
CAD-(COMPUTER AIDED DESIGN)指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)中通常要用計(jì)算機(jī)對(duì)不同方案進(jìn)行大體的計(jì)算、分析、比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計(jì)信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計(jì)算機(jī)里，并能快速地檢索；設(shè)計(jì)人員通常用草圖開(kāi)始設(shè)計(jì)，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計(jì)算機(jī)完成；由計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果，可以快速作出圖形，使設(shè)計(jì)人員作出判斷和修改；利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行圖形編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等相關(guān)圖形數(shù)據(jù)加工工作?，F(xiàn)今模具行業(yè)中主流繪制二維圖形的軟件主要有AUTOCAD、CAXA等等。
1.1.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)AUTOCAD
AUTOCAD是由美國(guó)ATODESK歐特克公司于二十世紀(jì)八十年代為微機(jī)上應(yīng)用CAD技術(shù)而開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)繪圖軟件包，經(jīng)過(guò)不斷的完善，現(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上廣為流行的繪圖工具。
AUTOCAD擁有良好的用戶(hù)界面，通過(guò)交互式菜單或命令行方式便可以進(jìn)行各種操作。它的設(shè)計(jì)環(huán)境，讓非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員也能很快地學(xué)會(huì)使用。在不斷實(shí)踐的過(guò)程中更好地掌握它的各種應(yīng)用和開(kāi)發(fā)技巧，從而不斷提高工作效率。
AUTOCAD具有廣泛的適應(yīng)性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計(jì)算機(jī)和工作站上運(yùn)行，并支持分辨率由320×200到2048×1024的各種圖形顯示設(shè)備40多種，以及數(shù)字化儀和鼠標(biāo)器30多種，繪圖儀和打印機(jī)數(shù)十種，這就為AUTOCAD創(chuàng)造普及的條件。
1.1.2 AUTOCAD軟件具有以下優(yōu)點(diǎn)：
①可以采用多種方式進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)或用戶(hù)定制。
②可以進(jìn)行多種圖形格式的轉(zhuǎn)換，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力。
③支持多種硬件設(shè)備。
④支持多種操作平臺(tái)。
⑤具有通用性、易用性，適用于各類(lèi)用戶(hù)。
2 現(xiàn)今模具行業(yè)中主流繪制三維圖形軟件
三維圖紙也就是實(shí)體圖，是人類(lèi)能夠讓人從中感覺(jué)到立體效果的平面圖像。觀察這類(lèi)圖像通常需要采用特殊的方法或借助軟件?，F(xiàn)今模具行業(yè)中主流繪制三維圖形軟件包括有solidworks、solidedge、mastercam等。
2.1 Solidworks
SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows開(kāi)發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì)，Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 Solidworks 功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。
2.1.1 SolidWorks軟件具有以下優(yōu)點(diǎn)：
①提供了直接繪制三維草圖的功能，在友好的用戶(hù)界面下，像繪制線(xiàn)架圖一樣不再局限于平面，而是可以在空間直接畫(huà)草圖。此外，3D草圖還可作為裝配環(huán)境下的布局草圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。
②提供了動(dòng)畫(huà)功能，可以生成實(shí)體裝配過(guò)程、爆炸過(guò)程、運(yùn)動(dòng)過(guò)程的動(dòng)畫(huà)文件，同時(shí)也可生成各個(gè)過(guò)程的組合動(dòng)畫(huà)文件。
③提供了友好的界面。圖形菜單設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明快，形象化，一看便知。系統(tǒng)的所有參數(shù)設(shè)置全部集中在一個(gè)選項(xiàng)中，容易查找與設(shè)置。實(shí)體的建模與裝配完全符合于自然的三維世界，特別是裝配約束的概念非常簡(jiǎn)單且容易理解。對(duì)實(shí)體的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作可以在任何命令過(guò)程中使用，實(shí)體的選取非常容易和方便。
④建模迅速，操作靈活，是一種尺寸驅(qū)動(dòng)且基于特征的三維設(shè)計(jì)軟件，構(gòu)造歷史可供事后修改，更加適合學(xué)生在制圖綜合實(shí)踐中使用。
2.2 MasterCAM
MasterCAM使用CAD的設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)出圖紙，而用CAM的功能編制出刀具路徑（NCI），最后通過(guò)NC程式輸入數(shù)控機(jī)床，加工成型。
2.2.1 MasterCAM的主要用途
MasterCAM分CAD和CAM兩部分
使用MasterCAM的CAD在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)，然后在CAM中編制刀具路徑（NCI），通過(guò)后處理轉(zhuǎn)換成NC程式，傳送機(jī)床立即可以加工，CAD/CAM大大地節(jié)約了時(shí)間、資源和產(chǎn)品成本，因此可以提高工作效率和加工精度。
模具設(shè)計(jì)和制造是工業(yè)一項(xiàng)非常重要的工作，而且在制造上是一件很復(fù)雜的工作，要具有高度的專(zhuān)業(yè)化技術(shù)，過(guò)去依賴(lài)高級(jí)老師傅來(lái)完成這項(xiàng)工作，但因?yàn)楦鱾€(gè)師傅的工作方法和經(jīng)驗(yàn)不一樣，所以制造的工件不完全相同，且壞了修復(fù)很困難。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，設(shè)計(jì)NC機(jī)床，加工一個(gè)模具，先根據(jù)產(chǎn)品圖紙編制加工程式，然后進(jìn)行加工，編程是一個(gè)復(fù)雜而煩瑣的工作，通過(guò)多種公式計(jì)算，才能編制程序。后來(lái)有了MasterCAM、Pro/E或UG等軟件，徹底解決這些問(wèn)題，主要按尺寸復(fù)雜計(jì)算繪制加工二維或三維圖形，即可以很快的自動(dòng)將程式編制好，并進(jìn)行加工。
2.2.1.1 CAD部分
CAD部分的功能有：
①可繪制二維和三維圖形，標(biāo)注尺寸等各種編輯功能。
②提供圖層色設(shè)計(jì)，可隱藏和顯示圖層，使繪圖變得更簡(jiǎn)單，顯示更清楚。
③提供字形設(shè)計(jì)，對(duì)各種標(biāo)牌的制作提供更好的方法。
④可構(gòu)建曲線(xiàn)的交線(xiàn)、延伸、修剪、順接、打斷、倒角、倒圓角等操作。
⑤圖形可轉(zhuǎn)換至AutoCAD或其他軟件，也可從其他軟件轉(zhuǎn)換至Mastercam。
⑥6Mastercam可以進(jìn)行實(shí)體模型的制作。
2.2.1.2 CAM部分
CAM部分的功能有：
①分別提供2D、2.5D、3 D 模組。
②提供外形銑削、挖槽、鉆孔加工。
③提供曲面加工，粗加工可用7種加工方法。
④提供曲面精加工，精加工可用10種加工方法。
⑤提供線(xiàn)框模型曲面的加工。
⑥提供多軸加工。
⑦提供刀具模擬顯示，編制NC程式，可顯示運(yùn)行情況，估計(jì)加工時(shí)間。
⑧提供刀具路徑實(shí)體模型，檢驗(yàn)真實(shí)顯示實(shí)體加工生成的產(chǎn)品，避免達(dá)到車(chē)間加工發(fā)生錯(cuò)誤。
⑨提供多種后處理程式，以供各種控制器使用。
⑩可建立各種管理，如刀具管理、操作管理，以及工件設(shè)置和工作報(bào)表。
3 使用solidWorks三維建模
利用solidWorks建模可以很直觀地查看模具的效果圖。根據(jù)效果圖可以為模具體設(shè)計(jì)師更完善設(shè)計(jì)，同樣減少加工過(guò)程中的出錯(cuò)情況。更好地加強(qiáng)高級(jí)老師傅與設(shè)計(jì)的技術(shù)交流。在這里我們以擠壓模（分流模）為例子。
如下圖所示：（平面圖跟實(shí)體不是同一張圖紙）
由于solidWorks可以對(duì)實(shí)體實(shí)時(shí)的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作讓模具設(shè)計(jì)師更直觀成型后的模型，加強(qiáng)了模具師傅跟模具設(shè)計(jì)師交流。從而減少不必要的矛盾，減少生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效益。
4 使用Mastercam三維建模與編程
利用Mastercam可以構(gòu)建各種不同的實(shí)體，可以進(jìn)行修剪、倒角、倒圓角、布爾運(yùn)算、挖空實(shí)體等，來(lái)編輯和修改原有實(shí)體。這樣可加快曲面的構(gòu)建，也可以在實(shí)體上編制刀具路徑。下面我們以銅電極的編程舉例說(shuō)明。
下模一級(jí)空刀銅電極：
⑴在CAXA中保留產(chǎn)品圖形線(xiàn)、空刀線(xiàn)、模具中心線(xiàn)，另存為Auto CAD 2004版DWG文件。
⑵用CAD打開(kāi)上術(shù)所存文件，將所有線(xiàn)段合并為多段線(xiàn)，將產(chǎn)品圖形中工頭線(xiàn)向內(nèi)偏移空刀邊界線(xiàn)。
⑶將設(shè)計(jì)圖中工作帶圖形復(fù)制到以上空刀圖形文件中，如圖一所示。
⑷移動(dòng)圖形將分中點(diǎn)移到0,0點(diǎn)，然后另存為R12版DXF文件。（以上步驟也可以在Mastercam上完成）
⑸打開(kāi)Mastercam，進(jìn)入主界面。導(dǎo)入上述DXF文件。（快捷鍵F-V-D-R）。
⑹把銅電極線(xiàn)向上偏移5MM，作為編程線(xiàn)。此處偏移必須是復(fù)制，即使Z+5(構(gòu)圖面為府視圖)
⑺平移高低點(diǎn)：XTCD(平移-選擇串連)，如圖二所示。圖中工作帶平面區(qū)域至設(shè)計(jì)圖中工作帶參數(shù)Z軸負(fù)值(構(gòu)圖面為府視圖)
⑻做高低點(diǎn)平面：CUTFC(曲面修整-平面修整-選擇串連)，如圖三所示 。
⑼做高低點(diǎn)斜面：CULS(舉升曲面-選擇單體)。若空刀線(xiàn)沒(méi)有完全包裹住的斜面延伸，需要用“曲面修剪”[CUTC]工具修剪曲面。
⑽平移所有圖素到設(shè)計(jì)圖中下模工作帶高低點(diǎn)最小數(shù)值減0.2mm后的正值(構(gòu)圖面為府視圖，Z+XX.XX)。注意平移圖素不包含步驟(6)的編程線(xiàn)。
⑾銅電極編程包含粗加工與精加工。其中粗銑高低點(diǎn)：TURKAUD(所有曲面，曲面粗加工-挖槽)，精銑高低點(diǎn)：TUFPAUD(所有曲面，曲面精加工-平行銑削)。兩者的編程的邊界線(xiàn)為步驟(6)的編程線(xiàn)。產(chǎn)生的刀路如圖四所示。其中實(shí)體切削驗(yàn)證如圖五所示。
以上是利用Mastercam進(jìn)行下模一級(jí)空刀銅電極的編程過(guò)程。
圖一
圖二
圖三
圖四
圖五
5 總結(jié)
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)科研中常會(huì)用到一些形狀復(fù)雜或高硬度材料的零件。這些零件的材料，采用傳統(tǒng)的切削、磨削方式很難達(dá)到預(yù)定的加工效果。為此科學(xué)工作者便尋求更有效的解決辦法，在模具加工過(guò)程中新的工藝應(yīng)運(yùn)而生。其中，三維建模起到非常關(guān)鍵的作用。工程師可以更加直觀地觀察模具的效果圖，可以及時(shí)地完善設(shè)計(jì)。 CAD/CAE/CAM計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、模擬與制造一體化，CAD/CAE/CAM一體化集成技術(shù)是現(xiàn)代模具制造中最先進(jìn)、最合理的生產(chǎn)方式。使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助工程與制造系統(tǒng)，按設(shè)計(jì)好的模具零件分別編制該零件的數(shù)控加工程序是從設(shè)計(jì)到制造的一個(gè)必然過(guò)程。
對(duì)于模具行業(yè)內(nèi)擠壓模具，鋁型材擠壓技術(shù)有理論性強(qiáng)，工藝技術(shù)性高等許多重要特點(diǎn)，它是金屬材料工業(yè)生產(chǎn)、新材料制備與加工的重要方法之一。在現(xiàn)在或未來(lái)將對(duì)節(jié)能降耗、簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝、提高成品率與生產(chǎn)效率等方面模具三維建模編程與應(yīng)用必然起一個(gè)主導(dǎo)的作用。
