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CAD／CAM／CAE在模具设计中的应用技术系统信息化的核心内容是模具CAD/CAE/CAM技术的应用，实现模具设计制造过程的信息化或数字化。
在过去很长一段时间内，大多数的CAD/CAM系统都是面向机械行业的通用型系统。
对于模具企业而言，这些系统的专业性不够强，设计制造的效率还不够高。
针对模具行业的这一需求，国际软件厂商纷纷针对各类模具的特点，推出了功能完善、操作方便的专用CAD/CAM 系统。
如德国Siemens公司的UG（NX）、法国达索公司的CATIA、美国PTC公司的Pro/E、法国Missler公司的TopSolid、以色列Cimatron公司的CimatronE，日本UNISYS公司的CADCEUS等常用三维设计软件，都有对应的冲压模和注塑模专用设计系统。
这些系统在国外模具企业获得广泛应用，在我国也占有一定的市场。
近年来，面对模具行业对CAD/CAM技术的强劲需求，国内不少研究单位和公司针对国内企业的特点，开发了面向模具企业的CAD/CAM集成系统，达到了较高的实用水平。
参与这方面的研发和应用技术推广的主要单位有华中科技大学模具技术国家重点实验室、上海交通大学国家模具CAD工程研究中心、浙江大学旭日科技开发公司、北航海尔软件有限公司、北京艾克斯特科技有限公司、山大华天软件有限公司等。
其中华中科技大学模具技术国家重点实验室基于UG（NX）研发的覆盖件CAD系统、注塑模CAD系统和多工位级进模CAD 系统，已在东风汽车、北京比亚迪、青岛海信、广东科龙、深圳康佳、深圳群达行、深圳麦斯优联（斯洛模具）等许多公司应用，取得了良好的效益，具备一定的行业影响力。
成型过程数字模拟CAE技术的出现，为成型工艺决策提供了有力的技术支持。
在模具设计过程中加强前期的分析仿真，将会提高成形工艺和模具结构设计的水平，减少试模的工作量，降低模具制造成本，缩短模具新产品的设计制造周期。
目前在国内模具行业应用较多的世界著名CAE软件有MOLDFLOW、DYNAFORM、PAM-STAMP、AUTOFORM、ANSYS和DEFORM等。
CAD/CAM技术在模具设计制造中的应用摘要随着我国汽车、摩托车、家电等工业的迅速发展，工业产品在满足性能的同时，其外形变得越来越复杂，同时产品的制造离不开模具，这就要求模具制造行业以最快的速度，最低的成本、最高的质量生产出模具。
为了达到上诉要求，模具企业只有运用先进的管理手段和CAD/CAM制造技术，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
利用CAD/CAM技术进行工程设计，可以显著缩短企业产品生产和设计周期，节省人力、物力、财力，提高工作效率以及设计质量。
目前，CAD主要限于分析、计算和绘图功能，是设计的重要工作。
如何构思设计本身，向设计的前沿渗透是CAD/CAM发展方向之一。
CAD软件有：auto CAD、UG、CAXA、PROE等。
With China's automobile, motorcycle, household appliances industry rapid development, industrial products to meet performance at the same time, its shape becomes more and more complex, at the same time product manufacturing is inseparable from the mold, which requires the mold manufacturing industry to the fastest speed, the lowest cost, highest quality production of die. In order to achieve the appeals, mold the enterprise only the use of advanced management means and CAD / CAM manufacturing technology, ability is in intense market competition remain invincible.The use of CAD / CAM technology in engineering design, can significantly shorten the product design and production cycle, save manpower, material resources, financial resources, improve work efficiency and design quality. At present, CAD is mainly confined to the analysis, calculation and drawing function, is the important job design. How the idea of the design itself, to the forefront of design of CAD / CAM permeability is one of the development directions. CAD software: Auto CAD, UG, CAXA, PROE etc..关键词：工程设计提高效率降低成本发展前言汽车是由上万个零件组成的结构，具有技术密集、劳动密集、资金密集的特点。
收稿日期:2005-06-14基金项目:云南省院所专项项目(2003K FZX -24)作者简介:罗 英(1961-),男,云南昆明人,高级工程师.主要从事CAPP/CAM 应用研究工作.文章编号:1006-3269(2005)03-0055-03汽车制造业中的CAD/CAE/CAM 集成应用罗 英1,孙希平1,王家昆1,李 琦2,王谷见2,郭云龙2(1.云南省机械研究设计院,云南昆明 650031; 2.一汽红塔云南汽车制造有限公司,云南曲靖 655000) 摘 要: 以研究院所和企业的合作事例为基础,将汽车车身覆盖件拉深模具C AE 分析模型的几何信息到通用C AD/C AM 平台的顺畅传递,以及应用C AM 系统对模具进行数控加工建模与仿真的实现过程做实例,表明了在国内汽车设计制造企业中实现C AD/C AE/C AM 集成应用的可行性和有效性.关 键 词: C AE;汽车车身覆盖件拉深模具;C AM 中图分类号: TH164 文献标识码: A随着国家经济发展和制造业大国地位的确立,以及人们生活水平的提高及消费需求的不断增长,汽车工业在国家整个制造业中所占比重逐渐加大,并将成为国民经济的支柱产业.就云南本地而言,据省机械行业协会的统计数据,机械工业产值的80%以上出自汽车制造相关企业.伴随国内汽车工业的发展,本地专业科研院所和企业跟踪引进、消化吸收及综合应用国际上的先进制造技术已是大势所趋.在国内机械制造领域,从C AD 、C APP 到C AM 的集成研究与应用,已有成功案例.如曾经在国际上获得大学领先奖的清华大学CI MS 国家示范工程;获工厂领先奖的北京第一机床厂CI MS 项目,等等.欲将C AE 分析理念与软件技术应用到汽车制造企业的模具设计过程中,验证汽车车身大型覆盖件拉深模具设计,提高设计质量、缩短制造周期,在国内汽车行业还不多见.要把经过计算机拟合以及C AD 软件设计、修改,再通过C AE 软件分析、验证的模具几何信息传送到C AM 软件来进行数控加工及加工仿真,则尚未见诸报道.云南省机械研究设计院和一汽红塔云南汽车制造有限公司针对公司汽车新产品拉深模具设计联合进行的C AE 分析与验证,以及C AM 数控加工和仿真,探索解决C AE 和C AM 软件应用中遇到的技术难题,初步实现了C AD/C AE/C AM 集成应用.本文就C AE 与C AM 之间相关数据的传递,C AM 实现的方法及步骤做一介绍,以期起到抛砖引玉之效.1 CAE 几何模型传递应用冲压C AE 软件PAM 2ST AMP 对拉深模具进行分析、验证后,将模型几何信息直接导入UG S 软件系统,应用其C AM 功能来生成模具数控加工模型.用PAM 2ST AMP 软件产生的模具有限元分析模型中的几何信息,可以调用设计模型(C AD )或网格(MESH )等菜单功能很方便地导出.其C AD 文件格式有IGES 和VDA 等;网格文件格式则有UNV (I DE AS )、C DB (ANSY S )、NAS (NASTRAN )和ST L ,等等.此外,还可以用VRM L 格式导出文件.UG S 可以直接导入由C AE 软件导出的IGES 、ST L 和VRM L 格式文件.对于用VRM L 和ST L 格式导入的文件,C AM 加工建模时需要按照小平面体(facet body ),而不是实体(s olid body )或片体(sheet body )来处理.汽车厂根据其产品设计出模具,凸模、凹模和压料圈型面如图1所示.2 CAM 建模及加工仿真构建模具C AM 加工模型时,在型面上选择点来确定加工坐标系(MCS ),所以上面各图中均不含模具的其它部分.在考虑工件装夹时,因为模座上已留・55・ Group Technology &Production Modernization Vol.22,No.3,2005 技术创新与生产实践 图1 灯饰座模具型面(多件拉深)有定位与夹压位置,故不使用夹具.2.1 工艺方法在C AM 加工实现方法上,根据工厂数控机床设备条件,选择外形铣削(mill contour )和多轴铣削(mill multi 2axis )类型.加工工序与切削参数.在C AM 加工模型中,针对拉深模具模面特征和模具毛胚铸造方式划分粗、精加工工序.以粗加工工序一次加工模具所有型面,留后工序余量0.5;用半精加工及精加工工序由内及外顺序加工各个型面.凹模压料面在半精加工阶段完成,其余各面留精铣余量0.2.半精加工时,工件切入/切出公差(Intol/Outol )按默认值0.03;精加工取一半值或0.01.半精加工及精加工以环绕方式(F ollow Periphery )顺铣,用残余波峰高度(Scallop )控制切削步长与精度.残余波峰高度预设值0.001,应依据后工序需要调整,在保证加工精度的前提下,应尽量减少加工程序代码数量,提高加工效率,降低加工费用.比如精加工灯饰座模具压料面,假设刀具不变,如果直接使用预设值,生成的加工程序行数是236000.将设定值改为0.05时,NC 代码数量骤降到35000行,减少了67%;在相同切削速度下,加工时间缩短2/3,加工效率提高2倍,加工成本也相应降低.2.2 刀具选用结合模具加工工艺要求,对应铸件材料,兼顾加工质量和效率等因素,优先选用硬质合金材料刀具.粗加工采用多齿立铣刀,半精加工和精加工使用球头铣刀.刀具尺寸依据模具型面形状和尺寸确定,以尽量不留或少留加工残余面为原则.灯饰座模具局部半精加工刀具轨迹如图2.图2 模具数控加工刀具轨迹(外围纹路)2.3 NC 程序在C AM 软件自动计算出粗加工、半精加工和精加工各道工序刀具轨迹之后,选择UG S 提供的三轴联动(MI LL 3AXIS )数控机床模板进行后处理.新建程序组联接单个工件的全部工序,生成包括换刀在内的工件整个加工过程的NC 代码.按照汽车厂OK UM A 五面加工中心程序格式要求,对程序开头部分略做修改,即可用机床的DNC 加工配置与计算机联机验证及运行程序.半精加工NC 程序示例:N10G 90G 15N20G 00X0.0Y 0.0Z300.0N30T03M06N40X571.367Y 307.3017S4000M03N50G 43Z220.4864N60Z202.6136N70G 01Z199.6136F3000M08N80X569.0259Y 307.2905N90X571.9014Y 305.9651Z199.6142N100X572.8294Y 305.5417Z199.6143N110X590.9711Y 305.5395Z199.6101N120X609.1128Y 305.5373Z199.6144N130X612.8419Y 307.243Z199.6136N140X592.1045Y 307.2724Z199.6096N150X571.367Y 307.3017Z199.6136N160X571.3691Y 308.8017Z199.613N170X571.3645N180X562.2656Y 308.7579……以上所述主要为各模具凸模的加工情况.至于凹模及压料圈加工,则是应用UG S 的C AM 软件的对象变换功能(Object →Trans form )进行镜像生成工・65・《成组技术与生产现代化》2005年第22卷第3期 技术创新与生产实践 序.其工序余量按设计和工艺要求给定;NC 程序的生成同凸模.2.4 加工仿真与UG S 的C AM 环境集成的加工仿真工具U 2NISI M ,既能够动态地观察各道加工工序,又可以检查工序中所包含的任何部件相互之间的干涉或碰撞情况.应用中需要定义的部件,按工件装夹要求包括机床、夹具、工件和刀具等.各部件定义完成以后,再按工序指定NC 程序,随后即可进行加工仿真.仿真时机床运动速度(连续或单步)可按观察需要调控.图3为汽车厂用于模具加工的五面加工中心示意图,工序中其余部件从略.图3 五面加工中心3 结 语将用于汽车车身覆盖件拉深模具分析的专业C AE 软件PAM 2ST AMP 与C AD/C AM 通用平台UG S相结合,把C AE 几何模型交由C AM 软件进行数控加工建模、运算及仿真,填补了从C AE 分析直接扩展到C AM 加工的空缺,让汽车模具设计/分析/制造并行工程的推进成为可能,并使我们的应用研究工作针对汽车设计制造企业实现了C AD/C AE/C AM 集成应用.这为本地及国内汽车行业做出了有效的示范.同时,我们非常乐意与各地从事和即将从事汽车模具C AD/C AE/C AM 的朋友们进行更加深入细致的沟通和交流.参考文献:[1] 邓仕珍.汽车车身制造工艺学[M].北京:北京理工大学出版社,2001.[2] 周方寿.客车车身覆盖件的设计与制造[M].北京:机械工业出版社,1998.[3] ESI G roup.Pam 2S tam p 2G 2004User ’s G uide[M].Paris :ESI G roup ,2004.[4] UG S.V18.0Unigraphics Help [M].CA :Unigraphics S olutions Inc.,2001.I ntegration Application of CAD/CAE/CAMin Automobile Manu facturingLUO Y ing 1,S UN X i 2ping 1,W ANGJia 2kun 1,LI Qi 2,W ANG G u 2jian 2,G UO Y un 2long 21.Y unnan Mechanical Research &DesignInstitute ,K unming 650031;2.Faw 2H ongta Y unnan Autom obile Manu facturingC o.Ltd.,Qujing 655000,China ) Abstract :Based on cooperation between the institute and theenterprise ,taking the realizing course of C AE s oftware and C AM sys 2tem applying as instance ,geometry data exchange between the speci 2fied C AE application and an universal C AD/C AM platform 2the data is generated by C AE analyzing m odel from autom obile body sheet metal stamping dies ;and C AM based on NC manu facturing process m odeling and the process simulation for the dies are als o generated.S tudy shows the feasibility and validity of integrated applying of C AD/C AE/C AM in domestic autom obile designing and manu factur 2ing enterprises.K ey w ords :C AE;autom obile body sheet metal stamping dies ;C AM(上接第27页)R esearch on Feasibility Problem of MPSPE NG Zu 2cheng ,G UO G ang ,J I N Li(The C ollege of Mechnical Engineering ,Chongqing University ,Chongqing 400044,China ) Abstract :This paper discusses the factors that affect the feasi 2bility of MPS;the factors are the preparative of basic data ,the accu 2racy of forecast ,the planning method and the choice of parameter etc.The existing problem and limitation are analysed ,and s ome sug 2gestions based on the theory such as w ork study ,ERP ,CP M and practical experience are presented in order to improve the feasibility of MPS.K ey w ords :MPS;w ork measurement ;forecast ;CP M・75・ Group Technology &Production Modernization Vol.22,No.3,2005 技术创新与生产实践 。
CAD/CAE/CAM技术在汽车覆盖件模具设计上的应用的探析摘要：随着科技的高速发展和社会的日益进步，越来越多的科技产品进入了人们的生活空间而汽车就是一个很好的例子。
汽车工业的迅速发展，车型的快速更新换代，要求汽车制造商能够在很短的时间内研究,开发并制造出高质量的汽车。
而国内目前车身覆盖件的制造却直接制约着新车型的开发,其原因就是覆盖件模具设计水平较低，设计周期很长，对于一些较复杂的零件甚至设计不出合格的模具。
这显然不能适应汽车快速发展的需要，因此近年来覆盖件模具成了研究的热点。
关键字：CAD/CAE/CAM技术冷冲压参数化设计目录第1章绪论 (1)1.1 覆盖件模具设计的发展现状及存在的问题 (1)1.1.1 传统覆盖件模具设计 (1)1.1.2 传统覆盖件模具设计存在的的问题 (2)1.2现代覆盖件模具设计发展方向 (2)1.2.1 板料成形CAE分析 (2)1.2.2 基于CAE成形分析的模具设计和制造 (5)1.3 课题任务、设计目标 (6)1.3.1 课题轿车引擎盖内板CAE成形分析及模具设计 (6)1.3.2 题目的主要参数 (6)1.3.3主要任务 (6)第2章参数确定及工艺分析 (8)2.1 参数确定 (8)2.1.1 CAE成形分析参数 (8)2.1.2 模具设计参数 (9)第三章运用DYNAFORM 进行CAE分析 (12)3.1 引擎盖成形工艺性分析 (12)3.2 模面工程(DFE) (13)3.2.1 新建和保存数据库 (13)3.2.2 导入零件层几何模型 (13)3.2.3 重新命名零件层 (14)3.2.4 自动曲面网格剖分 (14)3.2.5 检查和修复网格（见图3.7） (16)3.2.6 调整冲压方向 (16)3.2.7 对称定义 (16)3.2.8 填充内部孔洞 (16)3.2.9 外部边界光顺 (17)3.2.10创建平面压料面 (20)3.2.11 创建主截面线（Master Profile） (20)3.2.12 创建工艺补充面（Addendum） (20)3.2.13 光顺工艺补充面 (21)3.2.14 展开法兰 (21)3.2.15 压料面裁剪 (22)3.2.16 毛坯尺寸估算图 (22)3.2.18 生成毛坯网格 (25)3.3分析设置 (26)3.3.1快速设置 (26)3.3.2 提交工作 (27)3.4 后处理分析 (29)3.4.1 后处理postprocess (29)3.4.2 分析报告 (33)第4章拉延模的CAD三维实体设计 (36)4.1概述 (36)4.2拉延模工作原理 (36)4.3拉延模类型选择 (37)4.4 压力机参数确定 (38)4.5铸件结构设计如图4.5。
CAD/CAM 技术在汽车覆盖件模具中的应用及发展1 引言汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一。
汽车车身模具是车身制造技术的重要组成部分，也是形成汽车自主开发能力的一个关键环节。
在汽车新车型的设计调试直至投产的整个周期中，模具设计和制造约占三分之二的时间，汽车覆盖件模具作为车身生产的重要工艺装备，直接制约着汽车的质量和新车型的开发周期。
汽车覆盖件不同于一般的冲压件，它具有曲面多、尺寸大、材料薄、结构形状复杂、精度要求高等特点, 其模具制造技术难度大、成本高、开发周期和质量都难以控制。
CAD/CAE/CAM 技术作为一种现代设计制造方法,把它引入汽车覆盖件模具生产实际中, 可以大大缩短汽车开发周期,提高生产效率和市场竞争力。
2 CAD/CAM 技术在汽车覆盖件模具方面的应用随着汽车工业竞争日趋激烈，汽车换型时间不断缩短，要想在竞争中取胜，就必须依托先进的科学技术，大力缩短改型换代的周期。
欧美推出一款新车型需要4 0个月而日本只需3 0 个月这很大程度上归功于日本先进的CAD/CAE/CAM技术。
利用这些技术，可以使模具结构设计最优化，实现一次成模。
从而大大缩短模具调试周期、降低制模成本、加速换型周期、增强国际市场竞争力。
2.1 汽车覆盖件的特点与要求汽车覆盖件是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部零件。
车身以及驾驶室的全部外部和内部形状都是由汽车覆盖件组装而成。
由于汽车覆盖件属于外观装饰性零件，它不仅要满足结构上的功能要求，更要满足表面装饰的美观要求。
因此对表面质量要求很高，表面必须光顺，不允许有任何皱裂和拉痕等缺陷，任何微小的缺陷都会破坏外形的美观。
这给覆盖件成形的关键工序---“拉延”提出了很高的要求，而传统的手工设计制造方法难以保证拉延件的质量，这也是车身制造技术的难点和关键所在。
此外，汽车覆盖件又是封闭薄壳状的受力零件，当汽车高速行驶时，如果覆盖件刚性分布不均匀，刚性较差部位受到震动会产生空洞声，从而产生较大噪音。
CAD／CAM／CAE在模具设计中的应用摘要模具是工业生产中的基础工艺装备，也是发展和实现少无切削技术不可缺少的工具。
在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯行业中，有60%-80%的零部件都需要模具加工，轻工制品的生产中应用模具更多，因此模具行业有“百业之母”的美誉。
本文论述了我国模具行业的概况及其近年来所取得的成绩，对国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程和现状作了简单概述，最后总结出模具CAD/CAE/CAM的专业化、标准化、集成化、智能化、虚拟化、网络化的发展趋势，以及在塑料模具设计中的应用现状。
正文一、模具CAD/CAE的基本概念CAD(Computer Aided Design)是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行总体设计、绘图、工程分析与技术文档等设计活动的总称,是一项综合性技术。
CAE：(Computer Aided Engineering)即计算机辅助工程技术，是以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术，是实现模具优化的主要支持模块。
对于模具CAE来讲，目前局限于数值模拟方法，对未来模具的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷。
二、模具CAD/CAM发展概况模具CAD/CAM的发展状况符合通用CAD/CAM软件的发展进程。
目前通用CAD/CAM软件的发展现状如下：CAD技术经历了二维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。
近年来又出现了许多先进技术，如变量化技术、虚拟产品建模技术等。
随着互联网的普及，智能化、协同化、集成化成为CAD技术新的发展特点，使CAD技术得以更广泛的应用，发展成为支持协同设计、异地设计和信息共享的网络CAD。
三、模具CAD/CAM的优越性模具CAD/CAM的优越性赋予了它无限的生命力，使其得可以迅速发展和广泛应用。
无论在提高生产率、改善质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，CAD/CAM技术的优越性是传统的模具设计制造方法所不能比拟的。
计算机辅助设计／辅助制造（CAD/CAM）技术发展至今已较完善。
实践表明它可以很好地解决各种复杂形状模具的造型及数控（NC）加工编程问题。
获得良好的精度及尺寸协调性，显著缩短产品设计生产周期，在复杂型面模具的设计及数控加工中得到广泛应用。
CAD/CAM技术在模具加工领域的主要应用有以下几个方面。
1 CAD过程（1）直接通过CAD/CAM进行图形设计随着技术的发展，CAD/CAM技术在模具的生产中，将普遍采用经过市场调查及其周密的研究，进行生产决策，下达生产计划及实施措施，紧接着模具开发设计者使用模CAD工作站，完成模具设计中的造型、计算、分析以及绘制工程图，而且可在设计阶段对产品性能进行评价，可使设计者从繁重的绘图中解放出来，能有更多的时间作创造性的工作。
（2）利用现有客户提供的CAD数据模型，转换成所需图形模具企业有的客户提供绘制好的图形。
客户方和模具企业制造方若使用不同的软件，就会出现图纸数据交流的困难。
这需要解决数据接口问题。
因为大多数CAD程序有其各自不同的数据库形式而不能和其它程序共用几何数据。
因此客户方的CAD的几何体必须翻译成模具企业制造方的接受程序能读取的东西。
通常的办法是使用通用几何体转换标准如“IGES”或“STEP”，以及一些专用的转化器进行数据转换。
2 CAE过程模具CAE技术已较广泛的应用在注塑模、压铸模、锻模、挤压模、冲压模等模具的优化设计中，并在实际中指导生产。
注塑模CAE主要包括模具结构分析、运动分析、装配及干涉检查、成型过程分析等。
压铸模CAE目前主要以压铸件充型的流场数值模拟、压铸模件的温度场模拟、压铸模件的应力场数值模拟为主。
挤压模CAE主要对生产过程中模具的变形过程、应力场和温度场分布及变化、摩擦、润滑等问题进行分析和实验，实现模具的优化设计。
以注射成型为例。
其充模流动过程是一个相当复杂的物理过程，高温塑料熔体在压力的驱动下通过流道、浇口向型腔内充填，将型腔内的气体排出，这需要确定排气的位置；多股流料在某处汇合会形成熔接痕，这需要确定熔接痕的位置；这些以前需要经过多次试模之后才能够得到圆满解决，既浪费了资源又延长了模具生产周期。
