前言

    傳統的企業產品設計信息是以2D圖紙為標準載體向下游傳輸的，由于2D圖紙的局限性，在信息傳輸過程中可能會出現諸如信息丟失、更改等問題，導致最終產品與最初的設計信息出現偏差，影響產品的精確性。同時，多個后續流程由于工作需要往往要各自重新進行3D建模，大量的重復工作造成工作量的無謂增加。本文在SINOVATION軟件平臺上進行活塞產品及其模具CAD/CAM一體化應用研究，為全數字化產品設計及其模具設計制造一體化提供解決方案，提升產品開發創新能力。

1 應用SINOVATION軟件進行CAD/CAM一體化研究的背景

    經對軟件調研與比較，SINOVATION是華天軟件引進國外先進CAD/CAM后經過消化吸收重新開發的一款國產化高端三維CAD/CAM綜合性軟件，由于該軟件在日本工業界廣泛應用已經幾十年時間，與國際先進的主流CAD/CAM高端軟件處在同一技術平臺上，3D建模與CAM加工等各項功能齊全。同時，該軟件支持國內外主流CAD數據的轉換，可方便地與其它軟件實現數據對接，因此SINOVATION軟件適宜作為CAD/CAM一體化應用的技術平臺，而企業應用的關鍵在于如何在統一的軟件平臺上從真正意義上實現CAD/CAM一體化的應用。

2 活塞產品CAD

    產品設計主要采用參數化建模方式，設計信息通過3D與2D數字模型同時向下游傳輸，以保證設計信息傳遞的完整性，同時減少重復建模工作量。

    2.1 基于參數化建模的產品CAD

    產品設計從最初的概念到最終產品的確定，一般需要多次的修改與優化。在產品CAD過程中采用參數化設計建模，形成參數化驅動的3D模型與2D工程圖。由于參數化設計具有強關聯性的特點，3D模型不僅可以直觀方便地觀察驗證所設計產品的結構合理性，而且能夠隨時根據設計需要通過修改驅動參數的方式方便地實現對產品數字模型的修改和優化，節省產品設計工程師的精力和時間，提高工作效率與產品設計成功率。利用SINOVATION的靈活的草圖設計、參數化設計、方便的曲面的造型和復雜的圓角處理能力可很快地實現活塞產品CAD參數化建模如圖1所示，3D活塞模型如圖2所示。

    圖1 參數化建模

    圖2 活塞3D模型

    2.2 數字化產品的信息傳輸

    由于不同部門之間一直以來沿用不同的軟件，傳統的產品設計信息是通過2D圖紙向下傳輸的。由于2D圖紙有時不能完全表達出設計信息，往往造成設計信息在傳遞過程中出現丟失、更改或歧義情況，導致實際產品與設計存在差異。而在SINOVATION軟件平臺上的數字化產品設計信息通過3D模型及與之相關聯的2D工程圖一起向下傳輸，保證了產品設計信息在傳輸過程中的完整性，消除依靠2D圖紙傳輸模式可能出現的設計信息傳遞誤差。同時為CAE仿真分析、模具CAD、模具CAM等過程提供統一完整的3D數字模型，不僅減少了下游過程再分別建模的工作，也保證了所有流程產品模型信息的高度統一，提高整個產品流程的信息一致性與信息共享。

3 模具CAD

    由產品設計傳遞下來的3D數字模型，在SINOVATION軟件上可以方便地通過實體的拓撲關系與布爾集合運算關系形成活塞模具的3D模型，本文僅以活塞內腔模具為例說明，如圖3所示為經拓撲與布爾運算后形成的模具3D模型。

    圖3 活塞模具CAD

    由于活塞在鑄造冷凝過程中會出現收縮，因此需要在模具設計時就預先對收縮量進行補償，這樣才能保證成型后的產品尺寸符合設計要求。SINOVATION軟件提供的尺寸放縮功能可以根據零件的收縮量在三個不同方向上分別對模具尺寸進行補償調整，從而保證實際成型產品的尺寸符合設計尺寸，方便地解決模具與活塞尺寸之間存在的差異。活塞收縮量補償如圖4所示。

    圖4 活塞收縮量補償

4 模具CAM

    活塞模具的3D模型及與之關聯的2D工程圖向下傳輸到模具加工，SINOVATION軟件提供的CAM功能模塊能夠適時實現活塞模具的CAM。調入并打開CAM模塊，設置相關邊界參數（如毛坯確認、刀具選擇、軌跡方式等）后自動形成加工路徑，通過對加工路徑的動態跟蹤來確認刀具軌跡，可以查看加工負荷情況以及檢查刀具與工件之間存在的干涉情況等，通過一系列仿真確認和檢查，保證加工的正確性與安全性。經過仿真檢查，通過NC輸出創建加工指導書。最后通過后處理相關設置傳輸到數控加工中心進行活塞模具的加工，實現活塞模具CAM。