芯軸托架沖壓模具設(shè)計（4套）【全套含CAD圖紙】,全套含CAD圖紙,托架,沖壓,模具設(shè)計,全套,CAD,圖紙 計算機(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Pfeffenhausen，Rottenburger大街73號，84076。 herald.herrmann@brandl-hb.com 摘要：在自動化工業(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)備時間。因此，沖壓與注塑模具的設(shè)計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)的時間應(yīng)該盡可能的短。而減少設(shè)計—制造時間的方法之一就是在計算機(jī)的幫助下將全部的CAD/CAE/CAM進(jìn)程集成為計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）。這種集成是通過軟件和硬件將自動化工業(yè)中各個參加沖壓和注塑模具設(shè)計與制造的不同部門聯(lián)系起來而實(shí)現(xiàn)的。這種聯(lián)系考慮到了各個部門輸出數(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），也有編碼數(shù)據(jù)（程序中的技術(shù)數(shù)據(jù)）。本文從增加自動化工業(yè)中沖壓模具的設(shè)計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 共 8 頁 1.一般問題 計算機(jī)集成制造，即CIM，是用來描述一個完全自動化的工廠的，這個工廠的所有程序及數(shù)據(jù)信息都在計算機(jī)的控制下運(yùn)行。 計算機(jī)集成制造的核心是CAD/CAM。計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）和計算機(jī)輔助制造（CAM）系統(tǒng)是生產(chǎn)中減少循環(huán)時間所必須的。CAD/CAM是設(shè)計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/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、低價格、多品種產(chǎn)品的制造策略已經(jīng)成為關(guān)鍵的競爭因素。消費(fèi)者希望有最短的運(yùn)輸時間和最先進(jìn)的產(chǎn)品；企業(yè)也必須不斷創(chuàng)新，縮短市場響應(yīng)時間。所有的這些都要求企業(yè)有快速適應(yīng)市場條件變化的能力。許多企業(yè)已經(jīng)對這些挑戰(zhàn)作出回應(yīng)并通過實(shí)施基于計算機(jī)的精密系統(tǒng)工 具以實(shí)現(xiàn)對自己產(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的產(chǎn)品系統(tǒng)。圖1說明了計算機(jī)集成制造個組成部分的概念及相互關(guān)系。 當(dāng)基于計算機(jī)輔助工具（CAD、CAP、CAM、CAQ）的工程同不同階段的生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)的管理相聯(lián)系的時候，計算機(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?？煽俊⒏哔|(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)是罕見的。該領(lǐng)域的專家表達(dá)他們對于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)對于CIM的優(yōu)點(diǎn)或者不足都沒有提供令人信服的有效的證據(jù)。考慮到實(shí)施CIM的奢華、復(fù)雜而漫長的過程，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，也就是最終客戶所期待的，但它需要整合將影響到的中介用戶，以便從觀念開始賦予產(chǎn)品生命。組織一個工廠從本質(zhì)上來講取決于其所生產(chǎn)產(chǎn)品的種類及其重要性。人們認(rèn)為工廠的資源由其功能決定的結(jié)構(gòu)來安排。工廠主要的四種要素如下（圖2）： ● 產(chǎn)品——生產(chǎn)過程的最終結(jié)，可以使有形的貨物或者是服務(wù)； ● 客戶——購買別人、別的公司或?qū)嶓w的個人、公司或者其他的實(shí)體； ● 供應(yīng)——可以購買的貨物或服務(wù)的總量； ● 資源——可以用來實(shí)現(xiàn)一個目標(biāo)、 建成一套設(shè)備、吸引人才、產(chǎn)生價值的人、資產(chǎn)、原料或者資金。 分析和發(fā)展階段的必要性對于一個產(chǎn)品的生命周期非常重要，對成本、質(zhì)量和交貨條件都有影響。 從費(fèi)用的角度考慮，匯報的順序方法中，同步法曲線與預(yù)期費(fèi)用變得越來越接近，這使得可以追求在項目過程中的所作出的決定的實(shí)時財務(wù)結(jié)果。 使用一個平行結(jié)構(gòu)的工件并不能解決 圖2． 所有可能的問題。其中一個可能出現(xiàn)的困難就與人性問題有關(guān)。為了使這種重組更容易，在同一個空間中這一項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，因為不同行業(yè)間的交流是個問題。因此，一個車翼就出現(xiàn)了： ● 設(shè)計者根據(jù)光反射的方式； ● 由機(jī)械工人從薄板成形過程中承受最大塑性變形的角度來看； ● 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目實(shí)施進(jìn)展的通用語言是不可能的。 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) 品整個生命周期內(nèi)管理產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)（圖3.）通過PLM，汽車制造業(yè)可以提高其產(chǎn)量， 滿足用戶，降低成本，減少故障時間，贏得競爭，增加盈利等等，并且知道什么時候以什么樣的方式來宣傳產(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——概念、細(xì)節(jié)、分析、成型、測試、固態(tài)成型、仿真； 制造——工藝規(guī)劃、部件生產(chǎn)、計算機(jī)數(shù)控加工、可視化數(shù)控。 2.產(chǎn)品設(shè)計 概念設(shè)計被看做是一個基于歸納、演繹、直覺、經(jīng)驗和創(chuàng)造力的活動。通過信息技術(shù)系統(tǒng)，我們可以將經(jīng)驗、演繹、歸納逐步從概念工程轉(zhuǎn)移到CAD系統(tǒng)，后者由此變成一個智能系統(tǒng)。一個CAD系統(tǒng)需要在技術(shù)數(shù)據(jù)庫和通用數(shù)據(jù)庫之間有永久對話，一方面，與算法基礎(chǔ)，另一方面通過概念監(jiān)測器。考慮到概念過程需要提供解決問題的優(yōu)化方法，但是卻沒有能夠保證全局優(yōu)化概念的一般方法論。這就是為什么CAD系統(tǒng)能使用戶的成本和時間減少同時具有高度的靈活性的原因。在CAD中，汽車公司的沖壓件及模具工具使用CATIA5。CATIA為用戶提供編輯結(jié)構(gòu)設(shè)施、檢驗、動畫模擬、數(shù)據(jù)庫、模塊和可能性定義、存儲及再利用工程的知識。CATIA使用PLM的概念為設(shè)計和生產(chǎn)準(zhǔn)備提供一個獨(dú)特的技術(shù)環(huán)境。使用CAD模塊創(chuàng)造一個沖壓和模具工具的前提是： ——其融入集成系統(tǒng)的生產(chǎn)； ——通過信息系統(tǒng)與其他兩個模塊的聯(lián)系，實(shí)用信息的類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)時的嘗試已經(jīng)顯示特別的興趣。在這個階段末，預(yù)期使用一個從概念開始成形的產(chǎn)品，形式特征提取算法可以應(yīng)用到所提供的模型。在計算數(shù)據(jù)的輔助下，該模型可擴(kuò)展，所以將接近一個具有高水平結(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，對于制造業(yè)尤其有利。 形式特點(diǎn)的描述在于以下兩個方面： ●它的形式（幾何、類型、種類） ●對其含義或功能的補(bǔ)充數(shù)據(jù)，即使這并不干涉最后的算法。 對形式特點(diǎn)的研究使得對于自動認(rèn)識塊有了更高的背景。益處很快顯現(xiàn)，因為這種理解越深刻，自動性的可能性越多，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，因此降低錯誤的風(fēng)險； ●自動選擇刀具； ●計算刀具軌跡； ●基于加工工藝參數(shù)的特征； ●加工可能性分析； ●刀具分類和對象對比； 圖4. 在模具的設(shè)計階段，通過CITAI v5聯(lián)系的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的圖形數(shù)據(jù)庫是一種重要的設(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)計成為可能，這也導(dǎo)致了其設(shè)計生產(chǎn)率及質(zhì)量的提升。 規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫被用于設(shè)計階段；這些都為設(shè)計中的“xls”文件和數(shù)值參數(shù)提供支持。圖4展示了一個沖壓工具的三維和二維模型。在設(shè)計階段，技術(shù)工程師團(tuán)隊同時進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計的技術(shù)流程，使重疊的設(shè)計階段減少了總得設(shè)計時間，因此降低了制造成本。一旦三維和二維的圖紙被繪制出來，制造工藝所需的必要的技術(shù)數(shù)據(jù)也已具備時，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，可以對應(yīng)一個被操作的實(shí)體模型； ●技術(shù)數(shù)據(jù)，例如加工操作（鉆孔、制螺紋、銑削、車削），對于整個幾何特征或其某一部分更明確的數(shù)據(jù)； ●精確地數(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、供銷商）。 圖5. 模型做好以后，人們可以通過計算機(jī)輔助工程（CAE）的方法進(jìn)行工程計算。產(chǎn)品建設(shè)功能的優(yōu)化允許其在動態(tài)應(yīng)力及沖壓成型仿真的條件下進(jìn)行驗證。通過這種仿真（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)，通過這些數(shù)據(jù)，產(chǎn)品和技術(shù)設(shè)計者可以正確的決定工程項目。 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。 4.制造 計算機(jī)輔助工藝規(guī)程（CAPP）建設(shè)性的將計算機(jī)輔助概念和輔助制造聯(lián)系起來。在這個模塊中，生產(chǎn)的工藝流程被構(gòu)想出來，然后數(shù)據(jù)被傳輸?shù)揭圃斓哪康漠a(chǎn)品中。計算機(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）對整個生產(chǎn)過程而言是電子加工數(shù)據(jù)的一個經(jīng)典應(yīng)用。PP&C一詞是用來描述信息系統(tǒng)被用于規(guī)劃、檢測和控制產(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、技術(shù)數(shù)據(jù)庫、客戶和運(yùn)輸之間的聯(lián)系都是通過使用SAP/R3程序來實(shí)現(xiàn)的。 6.集成對于汽車制造業(yè)的影響 工業(yè)中最活躍的領(lǐng)域之一就是汽車制造業(yè)。制造的準(zhǔn)備要求盡可能短的設(shè)計時間以及用于汽車零部件（特別是那些用薄板做成的）制造的低成本的模具。 設(shè)計工作的生產(chǎn)率和質(zhì)量的提升，同時成本的降低，可以通過運(yùn)行CATIA v5和CIM概念來使用CAD/CAE/CAM的方法來實(shí)現(xiàn)。 本論文顯示了在BRANDL RO公司關(guān)于在汽車行業(yè)的模具領(lǐng)域中開發(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€產(chǎn)品通過計算機(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)語詳見圖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，同時出現(xiàn)應(yīng)用于汽車行業(yè)的模具生產(chǎn)的產(chǎn) 圖7. 圖8 品，這是一個可以改善公司競爭力的方案。 我們可以說信息流是描述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)，以建立一個擁有基礎(chǔ)分布式連接和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫系統(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)體系的汽車領(lǐng)域中“制造科學(xué)”部門有關(guān)的設(shè)計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)計和制造團(tuán)隊、技術(shù)和質(zhì)量工程師都與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，使活動重疊，并由此減少制造和運(yùn)輸?shù)臏?zhǔn)備時間。所有的這些都增加了公司的收益。 通過計算機(jī)將概念活動與設(shè)計和制造集成到計算機(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，以及制造和維修的相關(guān)過程，并且在一開始就考慮在整個產(chǎn)品生命周期中的綜合素質(zhì)、延遲、成本、客戶要求等特點(diǎn)。 圖9綜述了工廠中使用的不同類型的模塊。 考慮到CIM組件的主要成本，對時序?qū)嵤?zhàn)略的經(jīng)驗確認(rèn)是一個重要發(fā)現(xiàn)。對于CIM的投資可以或者也許應(yīng)該從一個或者僅有的幾個組件開始。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)施需要許可證或財力和人力資源的投資。 這使得CIM對于中小型企業(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)勢并無限放大。 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．