芯軸托架沖壓模具設(shè)計(jì)（4套）【全套含CAD圖紙】,全套含CAD圖紙,托架,沖壓,模具設(shè)計(jì),全套,CAD,圖紙 計(jì)算機(jī)集成制造（CIM） 在沖壓與注塑模具中的應(yīng)用 IOAN BONDREA, CARMEN SIMION 羅馬尼亞錫比烏大學(xué)赫爾曼奧博特工程學(xué)院制造工程系，錫比烏第四郵政大街，550025。 ioan.bondrea@ulbsibiu.ro ，carmen.simion@ulbsibiu.ro HARALD HERRMANN 布蘭德機(jī)械，德國(guó)Pfeffenhausen，Rottenburger大街73號(hào)，84076。 herald.herrmann@brandl-hb.com 摘要：在自動(dòng)化工業(yè)中，生產(chǎn)率的提高首先意味著盡可能多地減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。因此，沖壓與注塑模具的設(shè)計(jì)和制造必須在高效高質(zhì)量的條件下進(jìn)行，并且被分配給這些任務(wù)的時(shí)間應(yīng)該盡可能的短。而減少設(shè)計(jì)—制造時(shí)間的方法之一就是在計(jì)算機(jī)的幫助下將全部的CAD/CAE/CAM進(jìn)程集成為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）。這種集成是通過(guò)軟件和硬件將自動(dòng)化工業(yè)中各個(gè)參加沖壓和注塑模具設(shè)計(jì)與制造的不同部門(mén)聯(lián)系起來(lái)而實(shí)現(xiàn)的。這種聯(lián)系考慮到了各個(gè)部門(mén)輸出數(shù)據(jù)文件的處理；這些文件包括圖形數(shù)據(jù)（裝配和執(zhí)行設(shè)計(jì)），也有編碼數(shù)據(jù)（程序中的技術(shù)數(shù)據(jù)）。本文從增加自動(dòng)化工業(yè)中沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造的柔性和生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，介紹了CAD/CAE/CAM之間的聯(lián)系方式。 關(guān)鍵詞：PLM、CAD、CAE、CAM、PP&C、CIM。 第 8 頁(yè) 共 8 頁(yè) 1.一般問(wèn)題 計(jì)算機(jī)集成制造，即CIM，是用來(lái)描述一個(gè)完全自動(dòng)化的工廠的，這個(gè)工廠的所有程序及數(shù)據(jù)信息都在計(jì)算機(jī)的控制下運(yùn)行。 計(jì)算機(jī)集成制造的核心是CAD/CAM。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）系統(tǒng)是生產(chǎn)中減少循環(huán)時(shí)間所必須的。CAD/CAM是設(shè)計(jì)和制造中的高科技集成工具。CAD技術(shù)用于成組技術(shù)以創(chuàng)造可快速檢索的類(lèi)似的幾何形狀。電子文件取代了繪圖室。CAD/CAM集成系統(tǒng)提供了設(shè)計(jì)/繪圖，工序安排和制造的功能。CAD提供了電子版的圖紙，CAM提供了刀具加工工件的路徑。 能提供高質(zhì)量、低價(jià)格、多品種產(chǎn)品的制造策略已經(jīng)成為關(guān)鍵的競(jìng)爭(zhēng)因素。消費(fèi)者希望有最短的運(yùn)輸時(shí)間和最先進(jìn)的產(chǎn)品；企業(yè)也必須不斷創(chuàng)新，縮短市場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間。所有的這些都要求企業(yè)有快速適應(yīng)市場(chǎng)條件變化的能力。許多企業(yè)已經(jīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)作出回應(yīng)并通過(guò)實(shí)施基于計(jì)算機(jī)的精密系統(tǒng)工 具以實(shí)現(xiàn)對(duì)自己產(chǎn)品的規(guī)劃和控制。CIM的基本概念重點(diǎn)一方面在于技術(shù)和主導(dǎo)分支機(jī)構(gòu)電子數(shù)據(jù)交換的業(yè)務(wù)的整合，另一方面在于不同提高業(yè)務(wù)之間信息和物料流動(dòng)的產(chǎn)品系統(tǒng)。圖1說(shuō)明了計(jì)算機(jī)集成制造個(gè)組成部分的概念及相互關(guān)系。 當(dāng)基于計(jì)算機(jī)輔助工具（CAD、CAP、CAM、CAQ）的工程同不同階段的生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)的管理相聯(lián)系的時(shí)候，計(jì)算機(jī)集成制造才得以實(shí)現(xiàn)，以此使得信息資源得到更加有效的利用?？煽?、高質(zhì)量、快速、靈活和成本高效的生產(chǎn)工藝是理想的結(jié)果。典型的經(jīng)驗(yàn)性的調(diào)查以查明是否這些高目標(biāo)的真正實(shí)現(xiàn)是罕見(jiàn)的。該領(lǐng)域的專(zhuān)家表達(dá)他們對(duì)于CIM潛力的看法。案例研究描述了具體的公司在特定情況下的表現(xiàn)，很多這樣的描述是CIM設(shè)備供應(yīng)商提供的，但學(xué)術(shù)文獻(xiàn)對(duì)于CIM的優(yōu)點(diǎn)或者不足都沒(méi)有提供令人信服的有效的證據(jù)?？紤]到實(shí)施CIM的奢華、復(fù)雜而漫長(zhǎng)的過(guò)程，這確實(shí)是其不如人意的地方。 圖1． 2.產(chǎn)品生命周期管理 所有的企業(yè)都想盡可能地使顧客滿意。工作分析是定義滿足顧客期望的產(chǎn)品的一種有效方法。所以，它需要符合“良好產(chǎn)品”的定義，也就是最終客戶(hù)所期待的，但它需要整合將影響到的中介用戶(hù)，以便從觀念開(kāi)始賦予產(chǎn)品生命。組織一個(gè)工廠從本質(zhì)上來(lái)講取決于其所生產(chǎn)產(chǎn)品的種類(lèi)及其重要性。人們認(rèn)為工廠的資源由其功能決定的結(jié)構(gòu)來(lái)安排。工廠主要的四種要素如下（圖2）： ● 產(chǎn)品——生產(chǎn)過(guò)程的最終結(jié)，可以使有形的貨物或者是服務(wù)； ● 客戶(hù)——購(gòu)買(mǎi)別人、別的公司或?qū)嶓w的個(gè)人、公司或者其他的實(shí)體； ● 供應(yīng)——可以購(gòu)買(mǎi)的貨物或服務(wù)的總量； ● 資源——可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)、 建成一套設(shè)備、吸引人才、產(chǎn)生價(jià)值的人、資產(chǎn)、原料或者資金。 分析和發(fā)展階段的必要性對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品的生命周期非常重要，對(duì)成本、質(zhì)量和交貨條件都有影響。 從費(fèi)用的角度考慮，匯報(bào)的順序方法中，同步法曲線與預(yù)期費(fèi)用變得越來(lái)越接近，這使得可以追求在項(xiàng)目過(guò)程中的所作出的決定的實(shí)時(shí)財(cái)務(wù)結(jié)果。 使用一個(gè)平行結(jié)構(gòu)的工件并不能解決 圖2． 所有可能的問(wèn)題。其中一個(gè)可能出現(xiàn)的困難就與人性問(wèn)題有關(guān)。為了使這種重組更容易，在同一個(gè)空間中這一項(xiàng)目的參與者的物理性重組可能是一種解決方案，即使不是那么容易完成它，因?yàn)椴煌袠I(yè)間的交流是個(gè)問(wèn)題。因此，一個(gè)車(chē)翼就出現(xiàn)了： ● 設(shè)計(jì)者根據(jù)光反射的方式； ● 由機(jī)械工人從薄板成形過(guò)程中承受最大塑性變形的角度來(lái)看； ● 從形成模具的刀具軌跡的角度看，在操作者推薦公差之內(nèi)；所有這些都有相似之處，即可定義為幾何貝茲曲線方塊。找到一種允許所有人探索工程項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)展的通用語(yǔ)言是不可能的。 產(chǎn)品生命周期管理（PLM）是一種商業(yè) 圖3. 戰(zhàn)略方法，可運(yùn)用慣有的商業(yè)解決方案在產(chǎn) 品整個(gè)生命周期內(nèi)管理產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)（圖3.）通過(guò)PLM，汽車(chē)制造業(yè)可以提高其產(chǎn)量， 滿足用戶(hù)，降低成本，減少故障時(shí)間，贏得競(jìng)爭(zhēng)，增加盈利等等，并且知道什么時(shí)候以什么樣的方式來(lái)宣傳產(chǎn)品。 在我們的研究中，我們集中關(guān)注了以下的行為： 規(guī)劃——配置、調(diào)度； 設(shè)計(jì)——概念、細(xì)節(jié)、分析、成型、測(cè)試、固態(tài)成型、仿真； 制造——工藝規(guī)劃、部件生產(chǎn)、計(jì)算機(jī)數(shù)控加工、可視化數(shù)控。 2.產(chǎn)品設(shè)計(jì) 概念設(shè)計(jì)被看做是一個(gè)基于歸納、演繹、直覺(jué)、經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造力的活動(dòng)。通過(guò)信息技術(shù)系統(tǒng)，我們可以將經(jīng)驗(yàn)、演繹、歸納逐步從概念工程轉(zhuǎn)移到CAD系統(tǒng)，后者由此變成一個(gè)智能系統(tǒng)。一個(gè)CAD系統(tǒng)需要在技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和通用數(shù)據(jù)庫(kù)之間有永久對(duì)話，一方面，與算法基礎(chǔ)，另一方面通過(guò)概念監(jiān)測(cè)器?？紤]到概念過(guò)程需要提供解決問(wèn)題的優(yōu)化方法，但是卻沒(méi)有能夠保證全局優(yōu)化概念的一般方法論。這就是為什么CAD系統(tǒng)能使用戶(hù)的成本和時(shí)間減少同時(shí)具有高度的靈活性的原因。在CAD中，汽車(chē)公司的沖壓件及模具工具使用CATIA5。CATIA為用戶(hù)提供編輯結(jié)構(gòu)設(shè)施、檢驗(yàn)、動(dòng)畫(huà)模擬、數(shù)據(jù)庫(kù)、模塊和可能性定義、存儲(chǔ)及再利用工程的知識(shí)。CATIA使用PLM的概念為設(shè)計(jì)和生產(chǎn)準(zhǔn)備提供一個(gè)獨(dú)特的技術(shù)環(huán)境。使用CAD模塊創(chuàng)造一個(gè)沖壓和模具工具的前提是： ——其融入集成系統(tǒng)的生產(chǎn)； ——通過(guò)信息系統(tǒng)與其他兩個(gè)模塊的聯(lián)系，實(shí)用信息的類(lèi)型的定義以及他們相互之間的兼容性信息； ——由CAPP模塊（將CAD模塊的數(shù)據(jù)作為內(nèi)部數(shù)據(jù)的模塊）識(shí)別幾何數(shù)據(jù)（產(chǎn)品有關(guān)的幾何信息）的可能性。在生產(chǎn)準(zhǔn)備階段關(guān)于形態(tài)特征的準(zhǔn)時(shí)的嘗試已經(jīng)顯示特別的興趣。在這個(gè)階段末，預(yù)期使用一個(gè)從概念開(kāi)始成形的產(chǎn)品，形式特征提取算法可以應(yīng)用到所提供的模型。在計(jì)算數(shù)據(jù)的輔助下，該模型可擴(kuò)展，所以將接近一個(gè)具有高水平結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，不僅包含結(jié)構(gòu)的描述而且在局部有數(shù)據(jù)補(bǔ)充，對(duì)于制造業(yè)尤其有利。 形式特點(diǎn)的描述在于以下兩個(gè)方面： ●它的形式（幾何、類(lèi)型、種類(lèi)） ●對(duì)其含義或功能的補(bǔ)充數(shù)據(jù)，即使這并不干涉最后的算法。 對(duì)形式特點(diǎn)的研究使得對(duì)于自動(dòng)認(rèn)識(shí)塊有了更高的背景。益處很快顯現(xiàn)，因?yàn)檫@種理解越深刻，自動(dòng)性的可能性越多，生產(chǎn)也越快，因此也更為先進(jìn)。在我們特別的案例中，特別是形式特征，必須在制造階段之前被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致： ●減少，甚至是取消人為干涉直到完全必要，以解釋那些概念模型，因此降低錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)； ●自動(dòng)選擇刀具； ●計(jì)算刀具軌跡； ●基于加工工藝參數(shù)的特征； ●加工可能性分析； ●刀具分類(lèi)和對(duì)象對(duì)比； 圖4. 在模具的設(shè)計(jì)階段，通過(guò)CITAI v5聯(lián)系的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)是一種重要的設(shè)備，可以提高生產(chǎn)率并提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度。由于CITIA v5這樣的設(shè)備的存在，使得沖壓模具工具的參數(shù)化設(shè)計(jì)成為可能，這也導(dǎo)致了其設(shè)計(jì)生產(chǎn)率及質(zhì)量的提升。 規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫(kù)被用于設(shè)計(jì)階段；這些都為設(shè)計(jì)中的“xls”文件和數(shù)值參數(shù)提供支持。圖4展示了一個(gè)沖壓工具的三維和二維模型。在設(shè)計(jì)階段，技術(shù)工程師團(tuán)隊(duì)同時(shí)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的技術(shù)流程，使重疊的設(shè)計(jì)階段減少了總得設(shè)計(jì)時(shí)間，因此降低了制造成本。一旦三維和二維的圖紙被繪制出來(lái)，制造工藝所需的必要的技術(shù)數(shù)據(jù)也已具備時(shí)，工件的組成元件、材料、成本就以材料清單的形式確定。 3.分析和仿真 產(chǎn)品是由描述的對(duì)象，不只是在幾何結(jié)構(gòu)上，而且取決于一定量的特征，如：功能特點(diǎn)、制造特點(diǎn)等。所以產(chǎn)品的模型包含了： ●幾何信息，可以對(duì)應(yīng)一個(gè)被操作的實(shí)體模型； ●技術(shù)數(shù)據(jù)，例如加工操作（鉆孔、制螺紋、銑削、車(chē)削），對(duì)于整個(gè)幾何特征或其某一部分更明確的數(shù)據(jù)； ●精確地?cái)?shù)據(jù)，以表明與理想特征的制造公差； ●材料信息，以指定材料的種類(lèi)及其性能； ●管理數(shù)據(jù)，使材料維護(hù)更容易（參考文獻(xiàn)、供應(yīng)商、供銷(xiāo)商）。 圖5. 模型做好以后，人們可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的方法進(jìn)行工程計(jì)算。產(chǎn)品建設(shè)功能的優(yōu)化允許其在動(dòng)態(tài)應(yīng)力及沖壓成型仿真的條件下進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)這種仿真（圖5.），產(chǎn)品承受實(shí)際工作的條件，并且所得到的結(jié)果（圖6.）提供了必要的數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)，產(chǎn)品和技術(shù)設(shè)計(jì)者可以正確的決定工程項(xiàng)目。 圖6. 在分析和優(yōu)化操作的末期，產(chǎn)品模型的幾何信息被移交給產(chǎn)品物理實(shí)現(xiàn)的制造部門(mén)。 4.制造 計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程（CAPP）建設(shè)性的將計(jì)算機(jī)輔助概念和輔助制造聯(lián)系起來(lái)。在這個(gè)模塊中，生產(chǎn)的工藝流程被構(gòu)想出來(lái)，然后數(shù)據(jù)被傳輸?shù)揭圃斓哪康漠a(chǎn)品中。計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）是產(chǎn)品系統(tǒng)最復(fù)雜的模塊，它的集成直接影響到制造的靈活性和質(zhì)量。CAM模塊包含自動(dòng)生成基于幾何模型的數(shù)控機(jī)床運(yùn)行指令的程序。CATIA v5 是允許制作數(shù)控制造項(xiàng)目的數(shù)控機(jī)床所需的基礎(chǔ)上運(yùn)用制造組建的程序，如圖7所示。CAM部分的結(jié)果，APT中的數(shù)控程序或者數(shù)控代碼被轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）設(shè)備，產(chǎn)品的品牌就產(chǎn)生了。 5.產(chǎn)品規(guī)劃及控制 產(chǎn)品規(guī)劃及控制（PP&C）對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程而言是電子加工數(shù)據(jù)的一個(gè)經(jīng)典應(yīng)用。PP&C一詞是用來(lái)描述信息系統(tǒng)被用于規(guī)劃、檢測(cè)和控制產(chǎn)品工藝生命周期的方式，起始于數(shù)據(jù)的收集，終止于產(chǎn)品的輸出，同時(shí)考慮到由產(chǎn)品的位置和功能所決定的質(zhì)量方面。 圖形數(shù)據(jù)庫(kù)、技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、客戶(hù)和運(yùn)輸之間的聯(lián)系都是通過(guò)使用SAP/R3程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 6.集成對(duì)于汽車(chē)制造業(yè)的影響 工業(yè)中最活躍的領(lǐng)域之一就是汽車(chē)制造業(yè)。制造的準(zhǔn)備要求盡可能短的設(shè)計(jì)時(shí)間以及用于汽車(chē)零部件（特別是那些用薄板做成的）制造的低成本的模具。 設(shè)計(jì)工作的生產(chǎn)率和質(zhì)量的提升，同時(shí)成本的降低，可以通過(guò)運(yùn)行CATIA v5和CIM概念來(lái)使用CAD/CAE/CAM的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本論文顯示了在BRANDL RO公司關(guān)于在汽車(chē)行業(yè)的模具領(lǐng)域中開(kāi)發(fā)一種制造集成系統(tǒng)的研究結(jié)果。在這家公司，我們?yōu)榱酥圃煲粋€(gè)產(chǎn)品通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)集成了所有必要的工序。在其最廣泛的應(yīng)用中，CIM集成所有制造信息，不僅僅是產(chǎn)品的制造數(shù)據(jù)，而且包括制造業(yè)企業(yè)的商業(yè)程序、公司目標(biāo)和結(jié)構(gòu)管理等，這些術(shù)語(yǔ)詳見(jiàn)圖8。 這一概念，制造和整合這些模塊為一體的生產(chǎn)制造體系導(dǎo)致了CIM系統(tǒng)的產(chǎn)生，同時(shí)出現(xiàn)應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)的模具生產(chǎn)的產(chǎn) 圖7. 圖8 品，這是一個(gè)可以改善公司競(jìng)爭(zhēng)力的方案。 我們可以說(shuō)信息流是描述CIM概念最關(guān)鍵的因素，質(zhì)量、密度和速度對(duì)于制造的產(chǎn)品有重要作用。信息技術(shù)是一套相互聯(lián)系的科學(xué)，以建立一個(gè)擁有基礎(chǔ)分布式連接和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的綜合型企業(yè)。 圖9. 6.結(jié)論 本論文展示了現(xiàn)代生產(chǎn)體系的汽車(chē)領(lǐng)域中“制造科學(xué)”部門(mén)有關(guān)的設(shè)計(jì)和制造沖壓模具工具的一部分研究和關(guān)注成果。 使用CIM和PLM概念，使得高質(zhì)量、低成本的建成沖壓模具成為可能。 設(shè)計(jì)和制造團(tuán)隊(duì)、技術(shù)和質(zhì)量工程師都與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)，使活動(dòng)重疊，并由此減少制造和運(yùn)輸?shù)臏?zhǔn)備時(shí)間。所有的這些都增加了公司的收益。 通過(guò)計(jì)算機(jī)將概念活動(dòng)與設(shè)計(jì)和制造集成到計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIM）決定了公司生產(chǎn)的靈活性和低成本。 集成工程被定義為一種方法論，它允許集成和并行設(shè)計(jì)，以及制造和維修的相關(guān)過(guò)程，并且在一開(kāi)始就考慮在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的綜合素質(zhì)、延遲、成本、客戶(hù)要求等特點(diǎn)。 圖9綜述了工廠中使用的不同類(lèi)型的模塊。 考慮到CIM組件的主要成本，對(duì)時(shí)序?qū)嵤?zhàn)略的經(jīng)驗(yàn)確認(rèn)是一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。對(duì)于CIM的投資可以或者也許應(yīng)該從一個(gè)或者僅有的幾個(gè)組件開(kāi)始。更多的元素可以再原 有基礎(chǔ)上一步一步的增加，就像生產(chǎn)設(shè)施需要許可證或財(cái)力和人力資源的投資。 這使得CIM對(duì)于中小型企業(yè)有吸引力并且可行。由于資本密集型公司執(zhí)行這一方案，利用CIM優(yōu)勢(shì)并無(wú)限放大。 CIM模塊概念的貢獻(xiàn)和成就在于以期實(shí)現(xiàn)一個(gè)為沖壓模具工具的集成制造系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn) 【1】 Ioan Bondrea，Virtual Manufacturing in a Milling Example，7th International Conference “Modern Technologies in Manufacturing”，Cluj-Napoca，2005． 【2】 Ioan Bondrea，Carmen Simion，the Integration of CAD/CAE/CAM Activities Using CATIA v5，Computing and Solutions in Manufacturing Engineering， ISBN 973-635-372-9，Brasov，2004． 【3】 Jack B．Revelle，Manufacturing Handbook of Best Practices，CRC Press,Washington，SUA，2002．