Pro/ENGINEER在數(shù)控編程中的應(yīng)用技巧

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1 引言    Pro/ENGINEER軟件是CAD/CAM一體化的實(shí)用軟件之一,，在航空、航天領(lǐng)域,、電子通信等精密加工領(lǐng)域都有普遍應(yīng)用，可進(jìn)行三至五軸銑削以及車削、線切割的數(shù)控加工過程設(shè)計(jì),，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工過程仿真及對(duì)工件進(jìn)行切削干涉檢查并直接生成加工程序。由于軟件的整個(gè)系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上,，能將整個(gè)設(shè)計(jì)至生產(chǎn)過程集成在一起,，具有全相關(guān)性，應(yīng)用它進(jìn)行數(shù)控編程,，避免了加工過程對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行二次建模,，使用方便，數(shù)據(jù)提取可靠,，可以避免在加工過程中對(duì)產(chǎn)品的重復(fù)設(shè)計(jì)可能發(fā)生的錯(cuò)誤,。筆者自使用該軟件以來，成功完成了精密饋電零件,、高精度天線座架和大型天線模具的多種產(chǎn)品的程序設(shè)計(jì),，如圖1所示。以下是應(yīng)用該軟件過程中的一些技巧和體會(huì),，與大家共饗,。

圖1 天線上的饋電、座架,、模具產(chǎn)品

2 應(yīng)用技巧
* h9 n/ j5 x' p2.1 工作路徑的設(shè)置
    Pro/ENGINEER的工作路徑的設(shè)置是很重要的,，因?yàn)镻ro/ENGINEER缺省的啟動(dòng)路徑是在 Pro/ENGINEER安裝路徑下的BIN文件夾，該文件夾存儲(chǔ)Pro/ENGINEER最重要的各種命令,。如果不設(shè)置工作路徑,，隨著工作的進(jìn)行，會(huì)直接把零件文件,、裝配文件,、加工文件和相應(yīng)的Trail文件都保存在此文件夾中，給文件的管理帶來很大的麻煩,，所以一定要建立自己的工作目錄,，并且能做到文件的分類存放，統(tǒng)一管理。工作路徑設(shè)置的方法是：在文件目錄下選擇工作路徑目錄,，然后選擇需要設(shè)置的路徑及文件夾作為工作路徑后,，確定就可以了。
2.2 Config文件的正確應(yīng)用
    Config文件是Pro/ENGINEER的系統(tǒng)配置文件,，幾乎可以滿足對(duì)Pro/ENGINEER的所有要求,，不僅在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程需要用到，在進(jìn)行加工過程設(shè)計(jì)時(shí)也有非常重要的參數(shù)設(shè)置,。通過這些設(shè)置,，可以把Pro/ENGINEER定制為所需的工作環(huán)境。下面是在加工過程中經(jīng)常需要設(shè)置的參數(shù),。
& E2 E! q6 r& i( K    （1）Mfg_auto_ref_prt_as_chk_srf：選擇yes或 no,，在3、4和5軸“輪廓”和“常規(guī)”銑削序列中,，缺省情況下選取整個(gè)參照零件作為檢查曲面,，用于計(jì)算這些序列的“NC序列”刀具路徑。
    （2）Mfg_info_location：選擇top_left,，bottom_right,，用來設(shè)置“制造信息”對(duì)話框的位置。
* [) B" d# O7 i1 s( |    （3）Mfg_xyz_num_digits：缺省值為10,，在CL數(shù)據(jù)文件中,，為x、y,、z數(shù)據(jù)點(diǎn)設(shè)置數(shù)字位數(shù),。
    （4）Nccheck_type：包括：vericut（缺省）,，指使用CGTech公司提供的Vericut,；Nccheck，使用Pro/NC-CHECK,。
% q0 [* F  E% H* c  m9 J% I8 x2.3  工件坐標(biāo)系選擇技巧
' m' M. \: G! }1 g    機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系,，都設(shè)有固定的坐標(biāo)原點(diǎn)。在實(shí)際加工中,，通常會(huì)選擇工件上的一點(diǎn)作為數(shù)控程序原點(diǎn),，并以此為原點(diǎn)建立一個(gè)工件坐標(biāo)系。應(yīng)用軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)的坐標(biāo)系就是實(shí)際加工時(shí)的工件坐標(biāo)系,。工件坐標(biāo)系的合理確定,，對(duì)數(shù)控編程及加工時(shí)的工件找正都很重要。為提高零件加工精度,，程序原點(diǎn)應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)上,，如對(duì)于以孔定位的工件，以孔的中心為程序原點(diǎn)就比較合適。程序原點(diǎn)也可以選在兩垂直平面的交線上,，這樣不論是用銑刀還是用測(cè)頭都可以很容易找到交線的位置,。對(duì)于幾何形狀不規(guī)則的產(chǎn)品，要根據(jù)產(chǎn)品的具體情況來選擇工件坐標(biāo)系,。通常都要遵守以下原則：在機(jī)床上容易找正、編程方便,、對(duì)刀誤差小,、加工時(shí)檢查方便、可靠和所引起的加工誤差小等,。
- M% X7 N6 \$ F, g2.4  刀具切入和切出工件的路徑設(shè)計(jì)
    應(yīng)用腔體類,、軌跡類加工方式，如不作特殊設(shè)計(jì),，刀具會(huì)按照系統(tǒng)計(jì)算的位置進(jìn)行刀具的切入和切出,，但有時(shí)這個(gè)位置并不是程序設(shè)計(jì)人員需要的。例如,，對(duì)于薄壁產(chǎn)品的銑削加工,，為減少刀具的軸向切削力，防止工件變形,，一般首先會(huì)在工件落刀位置打孔,，軸向進(jìn)刀時(shí)，要求刀具從落刀孔位置軸向進(jìn)刀,，側(cè)刃銑削,，以減小切削力，防止工件變形,。在刀具路徑優(yōu)化功能中可以對(duì)刀具切入和切出位置做具體設(shè)計(jì),，這個(gè)功能可以應(yīng)用于整個(gè)腔體加工，也可在指定的工件層或者位置進(jìn)行刀具切入和切出設(shè)計(jì),。實(shí)際應(yīng)用的方法有三種 ：新建或者選擇基準(zhǔn)點(diǎn)作為刀具軸向切入和切出的位置,，這個(gè)點(diǎn)可以投影到垂直于安全面的所有加工層上 ；新建或者選擇基準(zhǔn)軸線進(jìn)行刀具的切入和切出位置設(shè)計(jì),，這個(gè)軸線可以是工件上的,，也可以是毛坯上的，必須垂直于安全面,，同樣刀具軸向的切入切出都是沿軸線的位置 ,；用草繪工具，在加工坐標(biāo)系的XY平面上進(jìn)行刀具切入和切出的軌跡設(shè)計(jì),�,？梢詰�(yīng)用Pro/ENGINEER軟件的草繪功能對(duì)刀具切入切出產(chǎn)品的路徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，可使刀具沿零件輪廓法向垂直切入或者使刀具沿零件輪廓切向切入，并可以控制刀具切入切出的延伸距離,。
2.4.1 切削深度控制
5 k# g9 J+ |! s    在加工腔體類的零件,，特別是型腔深度尺寸比較大時(shí)，刀具切深的控制非常重要,。隨著加工過程的進(jìn)行,，刀具懸深尺寸逐漸增大，對(duì)切削深度的要求也會(huì)不斷變化,，參數(shù)表中的Step-Depth參數(shù)被定義為加工中刀具的層切削深度,，適用于整個(gè)腔體加工，但在某些有特殊要求的零件,，考慮加工效率和加工性能,，使用同樣切深卻不一定適用。在加工過程優(yōu)化設(shè)計(jì)中,，可以對(duì)刀具的切削深度進(jìn)行控制,。
    （1）Upto Depth:每層按切削深度加工至設(shè)定的深度。
    （2）From－To Depth:在一個(gè)特定的深度范圍內(nèi)分層加工,。
' c! f* ~: W& t! w7 o' ?( G/ Y# J    （3） Slice/Slice:按照每層設(shè)定的層深生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡,，需要設(shè)置每層的加工深度。
2.4.2 切削速度的控制
    在切削加工過程中,，在刀具切入,、切出、圓弧走刀,、直線走刀等情況下需要設(shè)置不同的切削速度,，在高級(jí)參數(shù)表設(shè)置里可以根據(jù)不同的加工部位設(shè)置不同的切削參數(shù)。
7 `1 G) E$ I+ q, |0 G    （1）Cut-Feed :切削加工進(jìn)給速度,。
  m2 j) r1 t# J* b    （2）Retract-Feed :刀具返回安全面的速度,。
    （3）Free-Feed :快速進(jìn)給速度，如果不設(shè)定的話,，該速度應(yīng)用機(jī)床默認(rèn)的缺省值,。
& L5 T+ g/ k! d2 ~& S    （4）Arc-Feed :圓弧加工進(jìn)給速度。
    如果加工一個(gè)工件時(shí)刀具軌跡既有直線又有圓弧,，往往對(duì)直線加工和圓弧加工設(shè)定不同的切削速度,。為提高加工效率，通常也會(huì)設(shè)定刀具返回安全面的速度,。
2.4.3 軌跡加工時(shí)的刀具路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)
# K. l3 @( V) _& L0 V    Pro/ENGINEER的軌跡加工方式給程序設(shè)計(jì)人員很大的自由度,，可根據(jù)不同的加工產(chǎn)品進(jìn)行刀具加工軌跡的設(shè)計(jì)。以下是加工軌跡設(shè)計(jì)的4種方式,。
: i# U- B6 u, z. f1 Q! o$ G& j8 R6 X    （1）草繪刀具加工軌跡 ,。
    （2）選擇曲面的邊作為刀具軌跡,。
    （3）選擇或者草繪曲線作為刀具軌跡。
5 }+ z3 _0 g$ t3 ^    （4）選擇曲面作為刀具加工軌跡,。
* Y. u: W4 k# f' G    對(duì)于幾段不連續(xù)的軌跡加工,，可以在刀具路徑優(yōu)化的菜單下，通過插入方式將不連續(xù)的加工過程連接起來,，不再進(jìn)行切削過程的重復(fù)設(shè)計(jì),，使加工過程設(shè)計(jì)更為簡捷。具體做法是：在刀具路徑優(yōu)化菜單下,，分段插入新的刀具軌跡路徑,，并且在軌跡加工方式下可以對(duì)刀具的運(yùn)動(dòng)方向、刀具半徑的偏置方向進(jìn)行控制,，并可根據(jù)加工產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行刀具的深度方向偏置。
( L2 B) Y! m. Q3 G2.4.4 五軸機(jī)床加工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換技巧
    在五軸加工過程設(shè)計(jì)中,，工件X,、Y、Z軸的方向只要確定,，其余兩軸也就確定了,。通常情況下進(jìn)行曲面和輪廓的五軸加工可直接應(yīng)用工件坐標(biāo)系，但在體積銑削和腔體銑削加工時(shí),，也會(huì)涉及到工件坐標(biāo)系和工步坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換,，在這兩種加工方式下，只能提供三軸加工方式,，刀具軸線必須沿工件坐標(biāo)系的Z軸方向加工,，如果零件上的腔體位置相對(duì)工件坐標(biāo)系已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了一定的角度，三軸方式無法生成刀具加工軌跡,。這時(shí)需要對(duì)該工步應(yīng)用的坐標(biāo)系進(jìn)行平移旋轉(zhuǎn),，也就是使工步坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。具體方法是：對(duì)于在五軸加工中需要旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行腔體或體積加工的產(chǎn)品,，重新設(shè)計(jì)工步加工坐標(biāo)系和相應(yīng)的安全面,，并在該工步中選擇該坐標(biāo)系和安全面，使刀具沿垂直于新坐標(biāo)系的Z方向進(jìn)刀,，坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2所示,。

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3 z  o) W9 J3 A0 w圖2   五軸加工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換示意圖

其中  CS0——工件坐標(biāo)系 ；
* ~4 T4 _( Z. J5 X8 G, ^      CS1,、CS2——旋轉(zhuǎn)后的加工坐標(biāo)系,。
    在產(chǎn)生加工NC文件時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算工件坐標(biāo)系和新的工步坐標(biāo)系的位置關(guān)系,，在生成加工程序時(shí)自動(dòng)將刀具的刀位點(diǎn)換算成工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)數(shù)值,，實(shí)現(xiàn)一個(gè)加工過程中不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換,。
/ z+ @3 }- z7 \& H2.4.5 曲面加工加工精度的控制
    Pro/ENGINEER的加工模塊提供了兩種曲面加工的方式 ：Conventional  Surface Milling（常規(guī)曲面加工）和Contour surface milling（等高線曲面加工）。曲面精度控制是曲面加工中的重要環(huán)節(jié),，通常會(huì)應(yīng)用參數(shù)控制曲面精度,。
& S  M5 B) K/ [3 D0 [, n4 l    （1）TOLERANCE指公差。主要用來控制刀具曲線加工路徑的精度,，在刀具按直線插補(bǔ)走刀時(shí),，兩點(diǎn)之間的連線和理想曲線的最大間距用公差控制，如圖3所示,。公差數(shù)值越小,，則曲線的精度就越高。

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圖3 公差示意圖

    （2）SCALLOP-HGT：使用球頭銑刀加工曲面的時(shí)候,，刀具兩次走刀過后,，在工件表面會(huì)形成一個(gè)凸臺(tái)，如圖4所示,。

- o* y# u5 Y/ C1 ~, [圖4 SCALLOP-HGT參數(shù)示意圖

    該參數(shù)主要用來控制曲面加工中的凸臺(tái)高度,，當(dāng)球頭刀按照參數(shù)表中的步距加工曲面時(shí)，如果形成的凸臺(tái)尺寸超過該參數(shù)設(shè)置值時(shí),，系統(tǒng)自動(dòng)按照該尺寸重新計(jì)算刀具的步距,，確保曲面的精度要求。
3 K& ^9 o( }: S; F2 p& z: @2.4.6 高速加工的參數(shù)設(shè)置
    在體積銑削中進(jìn)行高速粗加工時(shí),，可將參數(shù)ROUGH_OPTION（加工方式）設(shè)置為ROUGH_ONLY,，將SCAN_TYPE設(shè)置為CONSTANT_LOAD（恒載荷），使刀具在高速加工時(shí)處于恒定的切削條件,，刀具從工件的外側(cè)材料逼近,，恒定的凹口載入，盡量避免刀具方向突然發(fā)生改變,，減少重新定位移動(dòng),。
    在體積銑削中進(jìn)行高速輪廓加工時(shí)，可將ROUGH_OPTION參數(shù)設(shè)置為PROF_ONLY,，將SCAN_TYPE設(shè)置為CONSTANT_LOAD,，盡量避免刀具方向突然發(fā)生改變，使用連續(xù)刀具路徑,，減少重新定位移動(dòng),，使用弧線或螺旋線移動(dòng)的“進(jìn)刀”和“退刀”運(yùn)動(dòng)來保證加工產(chǎn)品的表面質(zhì)量。
* x  v( |9 O7 }4 E2.4.7 后處理程序的開發(fā)應(yīng)用
    Pro/NC生成ASCⅡ格式的切刀位置 (CL) 數(shù)據(jù)文件,，在進(jìn)行任何加工操作之前這些文件需要進(jìn)行后處理以創(chuàng)建“加工控制數(shù)據(jù) (MCD)”文件,。可通過設(shè)置配置選項(xiàng)NCpost_type來控制要使用的后處理模塊,。在進(jìn)行產(chǎn)品加工設(shè)計(jì)之后,，需要應(yīng)用相應(yīng)的后處理器對(duì)產(chǎn)生的刀位文件進(jìn)行后置處理,，以生成機(jī)床可以識(shí)別的NC代碼。由于每種設(shè)備的結(jié)構(gòu),、功能以及使用的數(shù)控系統(tǒng)不盡相同,，后處理器不能通用，需要使用者針對(duì)具體設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā),，如圖5所示,。所開發(fā)出的不同數(shù)控系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的后處理器，能夠處理不同類型格式的刀具路徑文件,，并做優(yōu)化處理以滿足不同類型的機(jī)床,、系統(tǒng)、零件加工需求,，生成NC程序不需人工做二次修改而直接應(yīng)用于機(jī)床,。

圖5 后處理程序開發(fā)界面

3 結(jié)束語
6 V0 p8 C, ]& h7 m8 }    以上是筆者在應(yīng)用Pro/ENGINEER軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)后總結(jié)出來的一些應(yīng)用技巧和體會(huì)。通過對(duì)大量零件的程序設(shè)計(jì)及實(shí)際檢驗(yàn),，應(yīng)用軟件的MFG加工模塊可以進(jìn)行各類復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的加工過程設(shè)計(jì),，其中應(yīng)用高級(jí)曲面加工模塊完成復(fù)雜曲面產(chǎn)品五軸機(jī)床數(shù)控加工，應(yīng)用高速銑削技術(shù)進(jìn)行薄壁多腔體結(jié)構(gòu)件的加工,、高精度產(chǎn)品的加工等關(guān)鍵技術(shù)的解決,，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí),，還需要考慮刀具路徑及程序優(yōu)化，切削參數(shù)及切削方式的優(yōu)化等問題,，在滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的前提下,，降低加工成本，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率,。