前言

    傳統(tǒng)的企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息是以2D圖紙為標(biāo)準(zhǔn)載體向下游傳輸?shù)?，由?D圖紙的局限性，在信息傳輸過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)諸如信息丟失、更改等問(wèn)題，導(dǎo)致最終產(chǎn)品與最初的設(shè)計(jì)信息出現(xiàn)偏差，影響產(chǎn)品的精確性。同時(shí)，多個(gè)后續(xù)流程由于工作需要往往要各自重新進(jìn)行3D建模，大量的重復(fù)工作造成工作量的無(wú)謂增加。本文在SINOVATION軟件平臺(tái)上進(jìn)行活塞產(chǎn)品及其模具CAD/CAM一體化應(yīng)用研究，為全數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其模具設(shè)計(jì)制造一體化提供解決方案，提升產(chǎn)品開(kāi)發(fā)創(chuàng)新能力。

1 應(yīng)用SINOVATION軟件進(jìn)行CAD/CAM一體化研究的背景

    經(jīng)對(duì)軟件調(diào)研與比較，SINOVATION是華天軟件引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)CAD/CAM后經(jīng)過(guò)消化吸收重新開(kāi)發(fā)的一款國(guó)產(chǎn)化高端三維CAD/CAM綜合性軟件，由于該軟件在日本工業(yè)界廣泛應(yīng)用已經(jīng)幾十年時(shí)間，與國(guó)際先進(jìn)的主流CAD/CAM高端軟件處在同一技術(shù)平臺(tái)上，3D建模與CAM加工等各項(xiàng)功能齊全。同時(shí)，該軟件支持國(guó)內(nèi)外主流CAD數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，可方便地與其它軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)接，因此SINOVATION軟件適宜作為CAD/CAM一體化應(yīng)用的技術(shù)平臺(tái)，而企業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵在于如何在統(tǒng)一的軟件平臺(tái)上從真正意義上實(shí)現(xiàn)CAD/CAM一體化的應(yīng)用。

2 活塞產(chǎn)品CAD

    產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要采用參數(shù)化建模方式，設(shè)計(jì)信息通過(guò)3D與2D數(shù)字模型同時(shí)向下游傳輸，以保證設(shè)計(jì)信息傳遞的完整性，同時(shí)減少重復(fù)建模工作量。

    2.1 基于參數(shù)化建模的產(chǎn)品CAD

    產(chǎn)品設(shè)計(jì)從最初的概念到最終產(chǎn)品的確定，一般需要多次的修改與優(yōu)化。在產(chǎn)品CAD過(guò)程中采用參數(shù)化設(shè)計(jì)建模，形成參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的3D模型與2D工程圖。由于參數(shù)化設(shè)計(jì)具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性的特點(diǎn)，3D模型不僅可以直觀方便地觀察驗(yàn)證所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)合理性，而且能夠隨時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)需要通過(guò)修改驅(qū)動(dòng)參數(shù)的方式方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品數(shù)字模型的修改和優(yōu)化，節(jié)省產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師的精力和時(shí)間，提高工作效率與產(chǎn)品設(shè)計(jì)成功率。利用SINOVATION的靈活的草圖設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、方便的曲面的造型和復(fù)雜的圓角處理能力可很快地實(shí)現(xiàn)活塞產(chǎn)品CAD參數(shù)化建模如圖1所示，3D活塞模型如圖2所示。

    圖1 參數(shù)化建模

    圖2 活塞3D模型

    2.2 數(shù)字化產(chǎn)品的信息傳輸

    由于不同部門(mén)之間一直以來(lái)沿用不同的軟件，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息是通過(guò)2D圖紙向下傳輸?shù)摹Ｓ捎?D圖紙有時(shí)不能完全表達(dá)出設(shè)計(jì)信息，往往造成設(shè)計(jì)信息在傳遞過(guò)程中出現(xiàn)丟失、更改或歧義情況，導(dǎo)致實(shí)際產(chǎn)品與設(shè)計(jì)存在差異。而在SINOVATION軟件平臺(tái)上的數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息通過(guò)3D模型及與之相關(guān)聯(lián)的2D工程圖一起向下傳輸，保證了產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息在傳輸過(guò)程中的完整性，消除依靠2D圖紙傳輸模式可能出現(xiàn)的設(shè)計(jì)信息傳遞誤差。同時(shí)為CAE仿真分析、模具CAD、模具CAM等過(guò)程提供統(tǒng)一完整的3D數(shù)字模型，不僅減少了下游過(guò)程再分別建模的工作，也保證了所有流程產(chǎn)品模型信息的高度統(tǒng)一，提高整個(gè)產(chǎn)品流程的信息一致性與信息共享。

3 模具CAD

    由產(chǎn)品設(shè)計(jì)傳遞下來(lái)的3D數(shù)字模型，在SINOVATION軟件上可以方便地通過(guò)實(shí)體的拓?fù)潢P(guān)系與布爾集合運(yùn)算關(guān)系形成活塞模具的3D模型，本文僅以活塞內(nèi)腔模具為例說(shuō)明，如圖3所示為經(jīng)拓?fù)渑c布爾運(yùn)算后形成的模具3D模型。

    圖3 活塞模具CAD

    由于活塞在鑄造冷凝過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)收縮，因此需要在模具設(shè)計(jì)時(shí)就預(yù)先對(duì)收縮量進(jìn)行補(bǔ)償，這樣才能保證成型后的產(chǎn)品尺寸符合設(shè)計(jì)要求。SINOVATION軟件提供的尺寸放縮功能可以根據(jù)零件的收縮量在三個(gè)不同方向上分別對(duì)模具尺寸進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，從而保證實(shí)際成型產(chǎn)品的尺寸符合設(shè)計(jì)尺寸，方便地解決模具與活塞尺寸之間存在的差異。活塞收縮量補(bǔ)償如圖4所示。

    圖4 活塞收縮量補(bǔ)償

4 模具CAM

    活塞模具的3D模型及與之關(guān)聯(lián)的2D工程圖向下傳輸?shù)侥＞呒庸?，SINOVATION軟件提供的CAM功能模塊能夠適時(shí)實(shí)現(xiàn)活塞模具的CAM。調(diào)入并打開(kāi)CAM模塊，設(shè)置相關(guān)邊界參數(shù)（如毛坯確認(rèn)、刀具選擇、軌跡方式等）后自動(dòng)形成加工路徑，通過(guò)對(duì)加工路徑的動(dòng)態(tài)跟蹤來(lái)確認(rèn)刀具軌跡，可以查看加工負(fù)荷情況以及檢查刀具與工件之間存在的干涉情況等，通過(guò)一系列仿真確認(rèn)和檢查，保證加工的正確性與安全性。經(jīng)過(guò)仿真檢查，通過(guò)NC輸出創(chuàng)建加工指導(dǎo)書(shū)。最后通過(guò)后處理相關(guān)設(shè)置傳輸?shù)綌?shù)控加工中心進(jìn)行活塞模具的加工，實(shí)現(xiàn)活塞模具CAM。