基于ProE的数控加工方法

基于Pro/E的数控自动化加工方法学生胡滨导师冯显英数控技术发展的概况20世纪40年代末期，在美国空军的资助下，美国麻省理工学院完成了对数控机床的研究工作，于1952年推出了第一台数控机床。此后，数控技术逐步推广到西方一些工业发达国家。50多年来，随着计算机技术的突飞猛进，数控技术迅猛发展，目前数控机床已经发展到今天的数控机床综合应用了自动控制、计算机技术、精密测量和机床结构的最新成果。数控编程方法由最初的手工编程发展到现在的自动编程，使复杂型面的加工变为可能。利用数控机床进行加工时，最重要的一环是编程人员根据零件图纸及其它加工信息，编制数控加工程序，然后控制机床实现整个加工过程。原先使用的手工编程有如下的缺点：(1)每个点的坐标都要进行计算，工作量大繁琐且易出错；(2)对复杂形状的零件，如螺旋桨的叶片形状，不但计算复杂，有时人工也很难实现。上述问题由计算机进行处理，难题就迎刃而解了。目前数控自动编程过程是在三维绘图软件控制下，以人—机对话的形式，在图形显示终端上绘制出加工零件及毛坯，选择机床和刀具并制定加工工艺，就可在计算机上产生并显示刀具加工轨迹，然后由相应机床的后处理器自动生成NC代码。编程人员对整个模式过程进行观察，能及时地发现其不合理的地方及错误的参数并进行修改，这样，最后所生成NC代码是符合生产实际的。它为提高生产率、缩短新产品研制周期、保证产品产量、降低成本创造了有利的条件，尤其是对三维复杂曲面零件，只要作适当的修改，就能产生新的NC代码，因而它具有相当大的柔性。这种采用计算机辅助设计绘图和编制数控加工程序的系统，就是我们所说的CAD/CAM。随着计算机技术、空间几何造型技术、工程数据库技术和系统集成技术的不断发展进步，如今已出现了一批功能强大的CAD/CAM软件，如法国达索飞机制造公司的CATIA、美国麦道航空公司的UG-II和美国参数技术公司的Pro/E，这些软件都具有空间异型曲面的数控加工程序编制功能，有的还达到了五坐标数控加工，而且大多具有图形数据交换的标准接口，在一定程度上能够共享数据库。这些CAD/CAM软件大都采用图像编程技术，其功能已发展到能够进行复杂曲面的多坐标数控加工编程，可显示刀具轨迹，直观、形象地模拟数控加工过程，容易发现干涉情况并及时予以修正。因而使可靠性大为提高，试切次数减少，对于不太复杂的零件，往往一次加工合格，其编程时间平均比用人工编程节省2/3左右。本文主要介绍的基于ProE的数控自动化加工方法，主要包括以下四个方面的内容：1.基于Pro/E的CAD三维建模，即在Pro/E中构建出零件和毛坯的三维模型；2.基于Pro/E的CAM自动化加工，即在ProE中设置加工机床、刀具、编程零点等参数，然后制定加工工艺，自动产生加工数据文件和刀位轨迹文件；3.基于Pro/E的NC代码后处理技术，上述所生成的刀位轨迹文件并不是NC代码，需要经过机床的后置处理器，转换成数控机床所能识别NC代码，最后传送到数控机床中，进行加工。4.基于VERICUT的仿真加工技术，即在VERICUT构建出所用的数控机床模型，然后导入毛坯和经过后处理输出的NC代码，然后实现仿真加工，以校验NC代码和机床运动几何干涉。CAD/CAM一体化技术零件模型毛坯模型制造模型夹具设计加工环境设定NC代码生成机床实际加工后置处理定义数控工序机床设置生成刀位文件刀具设置VERICUT仿真加工NC代码后处理技术基于Pro/E的自动化加工流程图一、基于Pro/E的CAD三维建模在ProE中进行圆柱凸轮零件和毛坯件的建模。应用举例凸轮毛坯模型圆柱凸轮零件三维模型二、基于Pro/E的CAM自动化加工零件模型建立后，要设定数控加工工艺，它主要包括以下内容：1.确定加工机床的类型，比如，数控铣床，数控车床，线切割、三轴机床、五轴机床等。2.创建工件坐标系，确定编程零点和退刀面。3.设置加工刀具参数，即设定刀具材料、刀具直径、刀具长度参数等。4.设定加工方法和工艺参数。加工方法有平面铣削、曲面铣削、轮廓加工、轨迹加工、孔加工、刻模加工等加工方法。工艺参数即设定主轴转速、进给量、切削深度等。在Pro/E中设置加工机床在Pro/E中设置刀具在Pro/E中设置加工参数确定加工方法凸轮加工主要是进行凸轮槽的加工，在这里我们选择轨迹加工方法，即让刀具沿着凸轮槽的中心线为轨迹，沿周向切出凸轮槽。如下图所示，并生成刀位文件。三、基于Pro/E的NC代码后处理技术值得注意的是，此时的刀位文件并不是数控加工程序，而此时的仿真加工也只是对刀位轨迹进行仿真，并没有对圆柱凸轮的数控加工程序进行仿真。刀位轨迹文件给出的是刀具在工件坐标系中的位置数据，包括刀心点坐标和刀轴矢量，而不是数控程序。因此，要获得数控机床加工程序，还需要将刀位轨迹文件转换成具体机床的程序代码，该过程称为后置处理(Post-Processing)。后置处理的任务就是根据具体机床运动结构和控制指令格式，将前置计算的刀位数据变换成机床各轴的运动数据，并按其控制指令格式进行转换，成为数控机床的加工程序。由此可见，后处理技术是整个计算机辅助制造过程中非常重要的部分，没有这部分的技术就不能生成NC代码，也就无从谈数控加工了。具体实现后置处理技术的是各个数控机床的后处理器。后处理器是一个用来处理由CAD系统产生的刀位数据文件的应用程序。由于每个机床的结构特点不一样，例如有的机床主轴是水平布置，有的机床主轴是垂直布置，还有的机床可以实现多轴联动等；另外各种机床所使用的控制系统不一样，即所需的NC代码的代码定义和格式也不一样；因此每个数控机床的后处理器也就各不相同。数控机床后处理器的开发构建可在各种CAD/CAM（Pro/E、UG等）软件的后处理模块中实现，后处理模块带有一些一般机床的专用后处理器，但对于结构复杂的特殊五轴加工中心的后处理器需要自己开发。Pro/E的后处理模块Pro/NCPOSTPro/E软件提供了Pro/NCPOST模块来实现后处理功能。Pro/NCPOST为用户提供了一些常用的后置处理器，在实际应用中，这些后置处理器可能会不满足用户的需要。这时用户就必须创建自己的后置处理器。Pro/NCPOST能够实现这一功能。开发机床的后处理器的方法是：在CAD/CAM软件的后处理模块中，依据机床工作手册和数控系统编程手册定义机床的各种参数和数控功能代码，还可进行编程以设置NC代码程序的头尾和输出程序格式。在后处理开发模块中设置机床类型在后处理开发模块中设置数控功能代码在后处理开发模块中编写开发程序完成机床后置处理器的开发后，就可以对刀位数据文件进行后置处理，生成机床控制数据文件(MCD文件)，即NC代码。经后处理器生成的NC代码文件四、基于VERICUT的仿真加工技术VERICUT是目前功能最强大也是最优秀的仿真加工软件。VERICUT软件由NC程序验证模块、机床运动仿真模块、优化路径模块、多轴模块、实体比较模块和CAD/CAM接口等模块组成，可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床等多种加工设备的数控加工过程。能进行NC程序优化、缩短加工时间，可检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行程等错误。具有真实的三维实体显示效果，切削模型可测量尺寸，并能保存模型供检验、后续工序切削加工。VERICUT软件目前已广泛应用于航空、模具制造等行业，其最大特点是可进行各种数控机床的实体建模，并能仿真各种CNC系统，既能仿真刀位文件，也可仿真各种系统的NC代码。基于VERICUT的仿真加工方法：1.在VERICUT软件中，按照机床的工作手册，依据其实际机床的结构模型和几何参数，按照1：1的比例来创建机床的几何模型；2.设定机床模型中各个轴的运动方向和旋转方向，设定机床零点，最后在配置机床的数控系统，至此这个机床模型就和实际的机床一模一样了；3.建立加工所用的刀具库；4.导入工件毛坯和NC代码，进行实体仿真切削。通过观察NC代码仿真加工过程，可直观的进行NC代码的验证和机床运动几何干涉的校验。5.仿真结束后，VERICUT可以输出详细的仿真加工报告，包括NC代码的程序行数、运行时间、最大吃刀量、代码有无格式错误、机床有无碰撞干涉等等。还可以将加工后的凸轮与原设计零件进行对比，然后结合NC代码报告，进一步验证后处理程序代码和几何运动干涉检验。VERICUT中的DMU70V五轴数控机床模型在VERICUT中进行圆柱凸轮的仿真加工在VERICUT中对比原设计零件和加工后零件五、文件传送通过通讯的方式（RS232、网卡）将数据从计算机传到数控机床上。六、数控机床加工将工件在机床上装夹定位后，即可通过数控程序自动完成工件的各加工工序。在DMU70V机床上加工完毕后的凸轮零件谢谢大家！