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基于SINOVATION平台的活塞及其模具CAD/CAM一体化应用研究
赵旭东 郑永刚
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摘要：本文基于SINOVATION软件平台，进行了活塞数字化产品设计、模具设计以及模具加工的一体化应用研究。以数字化产品3D模型为载体进行信息传输，在下游环节应用统一的数字化3D模型，从而保证了设计信息的完整性与高度统一性。本文通过活塞应用实例，较详细地介绍了基于SINOVATION平台的CAD/CAM一体化应用流程，最后完成活塞模具的CAM加工，为CAD/CAM一体化应用的实现奠定基础。
前言
传统的企业产品设计信息是以2D图纸为标准载体向下游传输的，由于2D图纸的局限性，在信息传输过程中可能会出现诸如信息丢失、更改等问题，导致最终产品与最初的设计信息出现偏差，影响产品的精确性。同时，多个后续流程由于工作需要往往要各自重新进行3D建模，大量的重复工作造成工作量的无谓增加。本文在SINOVATION软件平台上进行活塞产品及其模具CAD/CAM一体化应用研究，为全数字化产品设计及其模具设计制造一体化提供解决方案，提升产品开发创新能力。
1 应用SINOVATION软件进行CAD/CAM一体化研究的背景
经对软件调研与比较，SINOVATION是华天软件引进国外先进CAD/CAM后经过消化吸收重新开发的一款国产化高端三维CAD/CAM综合性软件，由于该软件在日本工业界广泛应用已经几十年时间，与国际先进的主流CAD/CAM高端软件处在同一技术平台上，3D建模与CAM加工等各项功能齐全。同时，该软件支持国内外主流CAD数据的转换，可方便地与其它软件实现数据对接，因此SINOVATION软件适宜作为CAD/CAM一体化应用的技术平台，而企业应用的关键在于如何在统一的软件平台上从真正意义上实现CAD/CAM一体化的应用。
2 活塞产品CAD
产品设计主要采用参数化建模方式，设计信息通过3D与2D数字模型同时向下游传输，以保证设计信息传递的完整性，同时减少重复建模工作量。
2.1 基于参数化建模的产品CAD
产品设计从最初的概念到最终产品的确定，一般需要多次的修改与优化。在产品CAD过程中采用参数化设计建模，形成参数化驱动的3D模型与2D工程图。由于参数化设计具有强关联性的特点，3D模型不仅可以直观方便地观察验证所设计产品的结构合理性，而且能够随时根据设计需要通过修改驱动参数的方式方便地实现对产品数字模型的修改和优化，节省产品设计工程师的精力和时间，提高工作效率与产品设计成功率。利用SINOVATION的灵活的草图设计、参数化设计、方便的曲面的造型和复杂的圆角处理能力可很快地实现活塞产品CAD参数化建模如图1所示，3D活塞模型如图2所示。

（图片）

图1 参数化建模

（图片）

图2 活塞3D模型

2.2 数字化产品的信息传输
由于不同部门之间一直以来沿用不同的软件，传统的产品设计信息是通过2D图纸向下传输的。由于2D图纸有时不能完全表达出设计信息，往往造成设计信息在传递过程中出现丢失、更改或歧义情况，导致实际产品与设计存在差异。而在SINOVATION软件平台上的数字化产品设计信息通过3D模型及与之相关联的2D工程图一起向下传输，保证了产品设计信息在传输过程中的完整性，消除依靠2D图纸传输模式可能出现的设计信息传递误差。同时为CAE仿真分析、模具CAD、模具CAM等过程提供统一完整的3D数字模型，不仅减少了下游过程再分别建模的工作，也保证了所有流程产品模型信息的高度统一，提高整个产品流程的信息一致性与信息共享。
3 模具CAD
由产品设计传递下来的3D数字模型，在SINOVATION软件上可以方便地通过实体的拓扑关系与布尔集合运算关系形成活塞模具的3D模型，本文仅以活塞内腔模具为例说明，如图3所示为经拓扑与布尔运算后形成的模具3D模型。

（图片）

图3 活塞模具CAD

由于活塞在铸造冷凝过程中会出现收缩，因此需要在模具设计时就预先对收缩量进行补偿，这样才能保证成型后的产品尺寸符合设计要求。SINOVATION软件提供的尺寸放缩功能可以根据零件的收缩量在三个不同方向上分别对模具尺寸进行补偿调整，从而保证实际成型产品的尺寸符合设计尺寸，方便地解决模具与活塞尺寸之间存在的差异。活塞收缩量补偿如图4所示。

（图片）

图4 活塞收缩量补偿

4 模具CAM
活塞模具的3D模型及与之关联的2D工程图向下传输到模具加工，SINOVATION软件提供的CAM功能模块能够适时实现活塞模具的CAM。调入并打开CAM模块，设置相关边界参数（如毛坯确认、刀具选择、轨迹方式等）后自动形成加工路径（如图5），通过对加工路径的动态跟踪来确认刀具轨迹，可以查看加工负荷情况以及检查刀具与工件之间存在的干涉情况等，通过一系列仿真确认和检查，保证加工的正确性与安全性。经过仿真检查，通过NC输出创建加工指导书。最后通过后处理相关设置传输到数控加工中心进行活塞模具的加工，实现活塞模具CAM。

（图片）

图5 刀具路径

结论
依托统一的数字技术平台SINOVATION实现活塞设计制造CAD/CAM一体化，消除传统流程中信息传输不畅与传输介质局限的情况。SINOVATION软件在技术层面上完全具备了实现一体化的功能且已经过实践验证，但要想在企业全面实施CAD/CAM一体化，还需要做大量的辅助工作。与其它国内代理软件相比较，华天软件拥有完整的CAD/CAM软件源代码，具有相当实力的开发能力，滨州活塞积累了大量的产品开发经验和知识，通过两者的结合，对软件进行深层次专业化开发，相信将会大大地缩短活塞的设计制造周期，使得企业的研发创新能力达到更高的水平。 7/23/2010

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