芯轴托架冲压模具设计(4套)【全套含CAD图纸】
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计算机集成制造(CIM)在冲压与注塑模具中的应用IOAN BONDREA, CARMEN SIMION罗马尼亚锡比乌大学赫尔曼奥博特工程学院制造工程系,锡比乌第四邮政大街,550025。ioan.bondreaulbsibiu.ro ,carmen.simionulbsibiu.ro HARALD HERRMANN布兰德机械,德国Pfeffenhausen,Rottenburger大街73号,84076。herald.herrmannbrandl-hb.com摘要:在自动化工业中,生产率的提高首先意味着尽可能多地减少生产准备时间。因此,冲压与注塑模具的设计和制造必须在高效高质量的条件下进行,并且被分配给这些任务的时间应该尽可能的短。而减少设计制造时间的方法之一就是在计算机的帮助下将全部的CAD/CAE/CAM进程集成为计算机集成制造系统(CIMS)。这种集成是通过软件和硬件将自动化工业中各个参加冲压和注塑模具设计与制造的不同部门联系起来而实现的。这种联系考虑到了各个部门输出数据文件的处理;这些文件包括图形数据(装配和执行设计),也有编码数据(程序中的技术数据)。本文从增加自动化工业中冲压模具的设计与制造的柔性和生产率的观点出发,介绍了CAD/CAE/CAM之间的联系方式。关键词:PLM、CAD、CAE、CAM、PP&C、CIM。第 8 页 共 8 页1.一般问题计算机集成制造,即CIM,是用来描述一个完全自动化的工厂的,这个工厂的所有程序及数据信息都在计算机的控制下运行。计算机集成制造的核心是CAD/CAM。计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)系统是生产中减少循环时间所必须的。CAD/CAM是设计和制造中的高科技集成工具。CAD技术用于成组技术以创造可快速检索的类似的几何形状。电子文件取代了绘图室。CAD/CAM集成系统提供了设计/绘图,工序安排和制造的功能。CAD提供了电子版的图纸,CAM提供了刀具加工工件的路径。能提供高质量、低价格、多品种产品的制造策略已经成为关键的竞争因素。消费者希望有最短的运输时间和最先进的产品;企业也必须不断创新,缩短市场响应时间。所有的这些都要求企业有快速适应市场条件变化的能力。许多企业已经对这些挑战作出回应并通过实施基于计算机的精密系统工 具以实现对自己产品的规划和控制。CIM的基本概念重点一方面在于技术和主导分支机构电子数据交换的业务的整合,另一方面在于不同提高业务之间信息和物料流动的产品系统。图1说明了计算机集成制造个组成部分的概念及相互关系。当基于计算机辅助工具(CAD、CAP、CAM、CAQ)的工程同不同阶段的生产计划管理系统的管理相联系的时候,计算机集成制造才得以实现,以此使得信息资源得到更加有效的利用。可靠、高质量、快速、灵活和成本高效的生产工艺是理想的结果。典型的经验性的调查以查明是否这些高目标的真正实现是罕见的。该领域的专家表达他们对于CIM潜力的看法。案例研究描述了具体的公司在特定情况下的表现,很多这样的描述是CIM设备供应商提供的,但学术文献对于CIM的优点或者不足都没有提供令人信服的有效的证据。考虑到实施CIM的奢华、复杂而漫长的过程,这确实是其不如人意的地方。图12.产品生命周期管理所有的企业都想尽可能地使顾客满意。工作分析是定义满足顾客期望的产品的一种有效方法。所以,它需要符合“良好产品”的定义,也就是最终客户所期待的,但它需要整合将影响到的中介用户,以便从观念开始赋予产品生命。组织一个工厂从本质上来讲取决于其所生产产品的种类及其重要性。人们认为工厂的资源由其功能决定的结构来安排。工厂主要的四种要素如下(图2): 产品生产过程的最终结,可以使有形的货物或者是服务; 客户购买别人、别的公司或实体的个人、公司或者其他的实体; 供应可以购买的货物或服务的总量; 资源可以用来实现一个目标、建成一套设备、吸引人才、产生价值的人、资产、原料或者资金。分析和发展阶段的必要性对于一个产品的生命周期非常重要,对成本、质量和交货条件都有影响。从费用的角度考虑,汇报的顺序方法中,同步法曲线与预期费用变得越来越接近,这使得可以追求在项目过程中的所作出的决定的实时财务结果。使用一个平行结构的工件并不能解决图2所有可能的问题。其中一个可能出现的困难就与人性问题有关。为了使这种重组更容易,在同一个空间中这一项目的参与者的物理性重组可能是一种解决方案,即使不是那么容易完成它,因为不同行业间的交流是个问题。因此,一个车翼就出现了: 设计者根据光反射的方式; 由机械工人从薄板成形过程中承受最大塑性变形的角度来看; 从形成模具的刀具轨迹的角度看,在操作者推荐公差之内;所有这些都有相似之处,即可定义为几何贝兹曲线方块。找到一种允许所有人探索工程项目实施进展的通用语言是不可能的。 产品生命周期管理(PLM)是一种商业图3.战略方法,可运用惯有的商业解决方案在产品整个生命周期内管理产品定义数据(图3.)通过PLM,汽车制造业可以提高其产量,满足用户,降低成本,减少故障时间,赢得竞争,增加盈利等等,并且知道什么时候以什么样的方式来宣传产品。在我们的研究中,我们集中关注了以下的行为:规划配置、调度;设计概念、细节、分析、成型、测试、固态成型、仿真;制造工艺规划、部件生产、计算机数控加工、可视化数控。2.产品设计概念设计被看做是一个基于归纳、演绎、直觉、经验和创造力的活动。通过信息技术系统,我们可以将经验、演绎、归纳逐步从概念工程转移到CAD系统,后者由此变成一个智能系统。一个CAD系统需要在技术数据库和通用数据库之间有永久对话,一方面,与算法基础,另一方面通过概念监测器。考虑到概念过程需要提供解决问题的优化方法,但是却没有能够保证全局优化概念的一般方法论。这就是为什么CAD系统能使用户的成本和时间减少同时具有高度的灵活性的原因。在CAD中,汽车公司的冲压件及模具工具使用CATIA5。CATIA为用户提供编辑结构设施、检验、动画模拟、数据库、模块和可能性定义、存储及再利用工程的知识。CATIA使用PLM的概念为设计和生产准备提供一个独特的技术环境。使用CAD模块创造一个冲压和模具工具的前提是:其融入集成系统的生产;通过信息系统与其他两个模块的联系,实用信息的类型的定义以及他们相互之间的兼容性信息;由CAPP模块(将CAD模块的数据作为内部数据的模块)识别几何数据(产品有关的几何信息)的可能性。在生产准备阶段关于形态特征的准时的尝试已经显示特别的兴趣。在这个阶段末,预期使用一个从概念开始成形的产品,形式特征提取算法可以应用到所提供的模型。在计算数据的辅助下,该模型可扩展,所以将接近一个具有高水平结构的产品,不仅包含结构的描述而且在局部有数据补充,对于制造业尤其有利。形式特点的描述在于以下两个方面:它的形式(几何、类型、种类)对其含义或功能的补充数据,即使这并不干涉最后的算法。对形式特点的研究使得对于自动认识块有了更高的背景。益处很快显现,因为这种理解越深刻,自动性的可能性越多,生产也越快,因此也更为先进。在我们特别的案例中,特别是形式特征,必须在制造阶段之前被发现,导致:减少,甚至是取消人为干涉直到完全必要,以解释那些概念模型,因此降低错误的风险;自动选择刀具;计算刀具轨迹;基于加工工艺参数的特征;加工可能性分析;刀具分类和对象对比;图4. 在模具的设计阶段,通过CITAI v5联系的标准化和规范化的图形数据库是一种重要的设备,可以提高生产率并提高产品的设计精度。由于CITIA v5这样的设备的存在,使得冲压模具工具的参数化设计成为可能,这也导致了其设计生产率及质量的提升。规范化和标准化的数据库被用于设计阶段;这些都为设计中的“xls”文件和数值参数提供支持。图4展示了一个冲压工具的三维和二维模型。在设计阶段,技术工程师团队同时进行计算机辅助设计的技术流程,使重叠的设计阶段减少了总得设计时间,因此降低了制造成本。一旦三维和二维的图纸被绘制出来,制造工艺所需的必要的技术数据也已具备时,工件的组成元件、材料、成本就以材料清单的形式确定。3.分析和仿真产品是由描述的对象,不只是在几何结构上,而且取决于一定量的特征,如:功能特点、制造特点等。所以产品的模型包含了:几何信息,可以对应一个被操作的实体模型;技术数据,例如加工操作(钻孔、制螺纹、铣削、车削),对于整个几何特征或其某一部分更明确的数据;精确地数据,以表明与理想特征的制造公差;材料信息,以指定材料的种类及其性能;管理数据,使材料维护更容易(参考文献、供应商、供销商)。图5.模型做好以后,人们可以通过计算机辅助工程(CAE)的方法进行工程计算。产品建设功能的优化允许其在动态应力及冲压成型仿真的条件下进行验证。通过这种仿真(图5.),产品承受实际工作的条件,并且所得到的结果(图6.)提供了必要的数据,通过这些数据,产品和技术设计者可以正确的决定工程项目。图6.在分析和优化操作的末期,产品模型的几何信息被移交给产品物理实现的制造部门。4.制造 计算机辅助工艺规程(CAPP)建设性的将计算机辅助概念和辅助制造联系起来。在这个模块中,生产的工艺流程被构想出来,然后数据被传输到要制造的目的产品中。计算机辅助制造(CAM)是产品系统最复杂的模块,它的集成直接影响到制造的灵活性和质量。CAM模块包含自动生成基于几何模型的数控机床运行指令的程序。CATIA v5 是允许制作数控制造项目的数控机床所需的基础上运用制造组建的程序,如图7所示。CAM部分的结果,APT中的数控程序或者数控代码被转移到计算机数控(CNC)设备,产品的品牌就产生了。5.产品规划及控制产品规划及控制(PP&C)对整个生产过程而言是电子加工数据的一个经典应用。PP&C一词是用来描述信息系统被用于规划、检测和控制产品工艺生命周期的方式,起始于数据的收集,终止于产品的输出,同时考虑到由产品的位置和功能所决定的质量方面。图形数据库、技术数据库、客户和运输之间的联系都是通过使用SAP/R3程序来实现的。6.集成对于汽车制造业的影响工业中最活跃的领域之一就是汽车制造业。制造的准备要求尽可能短的设计时间以及用于汽车零部件(特别是那些用薄板做成的)制造的低成本的模具。设计工作的生产率和质量的提升,同时成本的降低,可以通过运行CATIA v5和CIM概念来使用CAD/CAE/CAM的方法来实现。本论文显示了在BRANDL RO公司关于在汽车行业的模具领域中开发一种制造集成系统的研究结果。在这家公司,我们为了制造一个产品通过计算机技术集成了所有必要的工序。在其最广泛的应用中,CIM集成所有制造信息,不仅仅是产品的制造数据,而且包括制造业企业的商业程序、公司目标和结构管理等,这些术语详见图8。这一概念,制造和整合这些模块为一体的生产制造体系导致了CIM系统的产生,同时出现应用于汽车行业的模具生产的产图7.图8品,这是一个可以改善公司竞争力的方案。我们可以说信息流是描述CIM概念最关键的因素,质量、密度和速度对于制造的产品有重要作用。信息技术是一套相互联系的科学,以建立一个拥有基础分布式连接和标准化数据库系统的综合型企业。图9.6.结论本论文展示了现代生产体系的汽车领域中“制造科学”部门有关的设计和制造冲压模具工具的一部分研究和关注成果。使用CIM和PLM概念,使得高质量、低成本的建成冲压模具成为可能。设计和制造团队、技术和质量工程师都与网络联系起来,使活动重叠,并由此减少制造和运输的准备时间。所有的这些都增加了公司的收益。通过计算机将概念活动与设计和制造集成到计算机集成制造系统(CIM)决定了公司生产的灵活性和低成本。 集成工程被定义为一种方法论,它允许集成和并行设计,以及制造和维修的相关过程,并且在一开始就考虑在整个产品生命周期中的综合素质、延迟、成本、客户要求等特点。图9综述了工厂中使用的不同类型的模块。考虑到CIM组件的主要成本,对时序实施战略的经验确认是一个重要发现。对于CIM的投资可以或者也许应该从一个或者仅有的几个组件开始。更多的元素可以再原有基础上一步一步的增加,就像生产设施需要许可证或财力和人力资源的投资。这使得CIM对于中小型企业有吸引力并且可行。由于资本密集型公司执行这一方案,利用CIM优势并无限放大。CIM模块概念的贡献和成就在于以期实现一个为冲压模具工具的集成制造系统。参考文献【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 BRevelle,Manufacturing Handbook of Best Practices,CRC Press,Washington,SUA,2002
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