1 現(xiàn)今模具行業(yè)流行的三維建模軟件

1.1 現(xiàn)今模具行業(yè)中主流繪制二維圖形軟件

CAD-(COMPUTER AIDED DESIGN)指利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作。在設計中通常要用計算機對不同方案進行大體的計算、分析、比較，以決定最優(yōu)方案；各種設計信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機里，并能快速地檢索；設計人員通常用草圖開始設計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計算機完成；由計算機自動產(chǎn)生的設計結(jié)果，可以快速作出圖形，使設計人員作出判斷和修改；利用計算機可以進行圖形編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等相關(guān)圖形數(shù)據(jù)加工工作。現(xiàn)今模具行業(yè)中主流繪制二維圖形的軟件主要有AUTOCAD、CAXA等等。

1.1.1 計算機輔助設計AUTOCAD

AUTOCAD是由美國ATODESK歐特克公司于二十世紀八十年代為微機上應用CAD技術(shù)而開發(fā)的計算機繪圖軟件包，經(jīng)過不斷的完善，現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。

AUTOCAD擁有良好的用戶界面，通過交互式菜單或命令行方式便可以進行各種操作。它的設計環(huán)境，讓非計算機專業(yè)人員也能很快地學會使用。在不斷實踐的過程中更好地掌握它的各種應用和開發(fā)技巧，從而不斷提高工作效率。

AUTOCAD具有廣泛的適應性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計算機和工作站上運行，并支持分辨率由320×200到2048×1024的各種圖形顯示設備40多種，以及數(shù)字化儀和鼠標器30多種，繪圖儀和打印機數(shù)十種，這就為AUTOCAD創(chuàng)造普及的條件。

1.1.2 AUTOCAD軟件具有以下優(yōu)點：

①可以采用多種方式進行二次開發(fā)或用戶定制。

②可以進行多種圖形格式的轉(zhuǎn)換，具有較強的數(shù)據(jù)交換能力。

③支持多種硬件設備。

④支持多種操作平臺。

⑤具有通用性、易用性，適用于各類用戶。

2 現(xiàn)今模具行業(yè)中主流繪制三維圖形軟件

三維圖紙也就是實體圖，是人類能夠讓人從中感覺到立體效果的平面圖像。觀察這類圖像通常需要采用特殊的方法或借助軟件。現(xiàn)今模具行業(yè)中主流繪制三維圖形軟件包括有solidworks、solidedge、mastercam等。

2.1 Solidworks

SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢，Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks 功能強大、易學易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點，使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。

2.1.1 SolidWorks軟件具有以下優(yōu)點：

①提供了直接繪制三維草圖的功能，在友好的用戶界面下，像繪制線架圖一樣不再局限于平面，而是可以在空間直接畫草圖。此外，3D草圖還可作為裝配環(huán)境下的布局草圖進行關(guān)聯(lián)設計。

②提供了動畫功能，可以生成實體裝配過程、爆炸過程、運動過程的動畫文件，同時也可生成各個過程的組合動畫文件。

③提供了友好的界面。圖形菜單設計簡單明快，形象化，一看便知。系統(tǒng)的所有參數(shù)設置全部集中在一個選項中，容易查找與設置。實體的建模與裝配完全符合于自然的三維世界，特別是裝配約束的概念非常簡單且容易理解。對實體的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作可以在任何命令過程中使用，實體的選取非常容易和方便。

④建模迅速，操作靈活，是一種尺寸驅(qū)動且基于特征的三維設計軟件，構(gòu)造歷史可供事后修改，更加適合學生在制圖綜合實踐中使用。

2.2 MasterCAM

MasterCAM使用CAD的設計功能設計出圖紙，而用CAM的功能編制出刀具路徑（NCI），最后通過NC程式輸入數(shù)控機床，加工成型。

2.2.1 MasterCAM的主要用途

MasterCAM分CAD和CAM兩部分

使用MasterCAM的CAD在計算機上進行圖形設計，然后在CAM中編制刀具路徑（NCI），通過后處理轉(zhuǎn)換成NC程式，傳送機床立即可以加工，CAD/CAM大大地節(jié)約了時間、資源和產(chǎn)品成本，因此可以提高工作效率和加工精度。

模具設計和制造是工業(yè)一項非常重要的工作，而且在制造上是一件很復雜的工作，要具有高度的專業(yè)化技術(shù)，過去依賴高級老師傅來完成這項工作，但因為各個師傅的工作方法和經(jīng)驗不一樣，所以制造的工件不完全相同，且壞了修復很困難。經(jīng)過長期的研究，設計NC機床，加工一個模具，先根據(jù)產(chǎn)品圖紙編制加工程式，然后進行加工，編程是一個復雜而煩瑣的工作，通過多種公式計算，才能編制程序。后來有了MasterCAM、Pro/E或UG等軟件，徹底解決這些問題，主要按尺寸復雜計算繪制加工二維或三維圖形，即可以很快的自動將程式編制好，并進行加工。

2.2.1.1 CAD部分

CAD部分的功能有：

①可繪制二維和三維圖形，標注尺寸等各種編輯功能。

②提供圖層色設計，可隱藏和顯示圖層，使繪圖變得更簡單，顯示更清楚。

③提供字形設計，對各種標牌的制作提供更好的方法。

④可構(gòu)建曲線的交線、延伸、修剪、順接、打斷、倒角、倒圓角等操作。

⑤圖形可轉(zhuǎn)換至AutoCAD或其他軟件，也可從其他軟件轉(zhuǎn)換至Mastercam。

⑥6Mastercam可以進行實體模型的制作。

2.2.1.2 CAM部分

CAM部分的功能有：

①分別提供2D、2.5D、3 D 模組。

②提供外形銑削、挖槽、鉆孔加工。

③提供曲面加工，粗加工可用7種加工方法。

④提供曲面精加工，精加工可用10種加工方法。

⑤提供線框模型曲面的加工。

⑥提供多軸加工。

⑦提供刀具模擬顯示，編制NC程式，可顯示運行情況，估計加工時間。

⑧提供刀具路徑實體模型，檢驗真實顯示實體加工生成的產(chǎn)品，避免達到車間加工發(fā)生錯誤。

⑨提供多種后處理程式，以供各種控制器使用。

⑩可建立各種管理，如刀具管理、操作管理，以及工件設置和工作報表。

3 使用solidWorks三維建模

利用solidWorks建模可以很直觀地查看模具的效果圖。根據(jù)效果圖可以為模具體設計師更完善設計，同樣減少加工過程中的出錯情況。更好地加強高級老師傅與設計的技術(shù)交流。在這里我們以擠壓模（分流模）為例子。

如下圖所示：（平面圖跟實體不是同一張圖紙）

由于solidWorks可以對實體實時的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作讓模具設計師更直觀成型后的模型，加強了模具師傅跟模具設計師交流。從而減少不必要的矛盾，減少生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效益。
 
4 使用Mastercam三維建模與編程

利用Mastercam可以構(gòu)建各種不同的實體，可以進行修剪、倒角、倒圓角、布爾運算、挖空實體等，來編輯和修改原有實體。這樣可加快曲面的構(gòu)建，也可以在實體上編制刀具路徑。下面我們以銅電極的編程舉例說明。

下模一級空刀銅電極：

⑴在CAXA中保留產(chǎn)品圖形線、空刀線、模具中心線，另存為Auto CAD 2004版DWG文件。

⑵用CAD打開上術(shù)所存文件，將所有線段合并為多段線，將產(chǎn)品圖形中工頭線向內(nèi)偏移空刀邊界線。

⑶將設計圖中工作帶圖形復制到以上空刀圖形文件中，如圖一所示。

⑷移動圖形將分中點移到0,0點，然后另存為R12版DXF文件。（以上步驟也可以在Mastercam上完成）

⑸打開Mastercam，進入主界面。導入上述DXF文件。（快捷鍵F-V-D-R）。

⑹把銅電極線向上偏移5MM，作為編程線。此處偏移必須是復制，即使Z+5(構(gòu)圖面為府視圖)

⑺平移高低點：XTCD(平移-選擇串連)，如圖二所示。圖中工作帶平面區(qū)域至設計圖中工作帶參數(shù)Z軸負值(構(gòu)圖面為府視圖)

⑻做高低點平面：CUTFC(曲面修整-平面修整-選擇串連)，如圖三所示 。

⑼做高低點斜面：CULS(舉升曲面-選擇單體)。若空刀線沒有完全包裹住的斜面延伸，需要用“曲面修剪”[CUTC]工具修剪曲面。

⑽平移所有圖素到設計圖中下模工作帶高低點最小數(shù)值減0.2mm后的正值(構(gòu)圖面為府視圖，Z+XX.XX)。注意平移圖素不包含步驟(6)的編程線。

⑾銅電極編程包含粗加工與精加工。其中粗銑高低點：TURKAUD(所有曲面，曲面粗加工-挖槽)，精銑高低點：TUFPAUD(所有曲面，曲面精加工-平行銑削)。兩者的編程的邊界線為步驟(6)的編程線。產(chǎn)生的刀路如圖四所示。其中實體切削驗證如圖五所示。

以上是利用Mastercam進行下模一級空刀銅電極的編程過程。

圖一

圖二

圖三

圖四

圖五

5 總結(jié) 
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)科研中常會用到一些形狀復雜或高硬度材料的零件。這些零件的材料，采用傳統(tǒng)的切削、磨削方式很難達到預定的加工效果。為此科學工作者便尋求更有效的解決辦法，在模具加工過程中新的工藝應運而生。其中，三維建模起到非常關(guān)鍵的作用。工程師可以更加直觀地觀察模具的效果圖，可以及時地完善設計。 CAD/CAE/CAM計算機輔助設計、模擬與制造一體化，CAD/CAE/CAM一體化集成技術(shù)是現(xiàn)代模具制造中最先進、最合理的生產(chǎn)方式。使用計算機輔助設計、輔助工程與制造系統(tǒng)，按設計好的模具零件分別編制該零件的數(shù)控加工程序是從設計到制造的一個必然過程。 

對于模具行業(yè)內(nèi)擠壓模具，鋁型材擠壓技術(shù)有理論性強，工藝技術(shù)性高等許多重要特點，它是金屬材料工業(yè)生產(chǎn)、新材料制備與加工的重要方法之一。在現(xiàn)在或未來將對節(jié)能降耗、簡化生產(chǎn)工藝、提高成品率與生產(chǎn)效率等方面模具三維建模編程與應用必然起一個主導的作用。