基于roE的數(shù)控加工方法

基于Pro/E的數(shù)控自動化加工方法

學(xué)生胡濱導(dǎo)師馮顯英數(shù)控技術(shù)發(fā)展的概況

20世紀(jì)40年代末期，在美國空軍的資助下，美國麻省理工學(xué)院完成了對數(shù)控機(jī)床的研究工作，于1952年推出了第一臺數(shù)控機(jī)床。此后，數(shù)控技術(shù)逐步推廣到西方一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家。50多年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，數(shù)控技術(shù)迅猛發(fā)展，目前數(shù)控機(jī)床已經(jīng)發(fā)展到今天的數(shù)控機(jī)床綜合應(yīng)用了自動控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密測量和機(jī)床結(jié)構(gòu)的最新成果。數(shù)控編程方法由最初的手工編程發(fā)展到現(xiàn)在的自動編程，使復(fù)雜型面的加工變?yōu)榭赡堋?/p>

利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工時，最重要的一環(huán)是編程人員根據(jù)零件圖紙及其它加工信息，編制數(shù)控加工程序，然后控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)整個加工過程。原先使用的手工編程有如下的缺點(diǎn)：

(1)每個點(diǎn)的坐標(biāo)都要進(jìn)行計(jì)算，工作量大繁瑣且易出錯；

(2)對復(fù)雜形狀的零件，如螺旋槳的葉片形狀，不但計(jì)算復(fù)雜，有時人工也很難實(shí)現(xiàn)。上述問題由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，難題就迎刃而解了。目前數(shù)控自動編程過程是在三維繪圖軟件控制下，以人—機(jī)對話的形式，在圖形顯示終端上繪制出加工零件及毛坯，選擇機(jī)床和刀具并制定加工工藝，就可在計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生并顯示刀具加工軌跡，然后由相應(yīng)機(jī)床的后處理器自動生成NC代碼。

編程人員對整個模式過程進(jìn)行觀察，能及時地發(fā)現(xiàn)其不合理的地方及錯誤的參數(shù)并進(jìn)行修改，這樣，最后所生成NC代碼是符合生產(chǎn)實(shí)際的。它為提高生產(chǎn)率、縮短新產(chǎn)品研制周期、保證產(chǎn)品產(chǎn)量、降低成本創(chuàng)造了有利的條件，尤其是對三維復(fù)雜曲面零件，只要作適當(dāng)?shù)男薷?，就能產(chǎn)生新的NC代碼，因而它具有相當(dāng)大的柔性。這種采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖和編制數(shù)控加工程序的系統(tǒng)，就是我們所說的CAD/CAM。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間幾何造型技術(shù)、工程數(shù)據(jù)庫技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，如今已出現(xiàn)了一批功能強(qiáng)大的CAD/CAM軟件，如法國達(dá)索飛機(jī)制造公司的CATIA、美國麥道航空公司的UG-II和美國參數(shù)技術(shù)公司的Pro/E，這些軟件都具有空間異型曲面的數(shù)控加工程序編制功能，有的還達(dá)到了五坐標(biāo)數(shù)控加工，而且大多具有圖形數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)接口，在一定程度上能夠共享數(shù)據(jù)庫。

這些CAD/CAM軟件大都采用圖像編程技術(shù)，其功能已發(fā)展到能夠進(jìn)行復(fù)雜曲面的多坐標(biāo)數(shù)控加工編程，可顯示刀具軌跡，直觀、形象地模擬數(shù)控加工過程，容易發(fā)現(xiàn)干涉情況并及時予以修正。因而使可靠性大為提高，試切次數(shù)減少，對于不太復(fù)雜的零件，往往一次加工合格，其編程時間平均比用人工編程節(jié)省2/3左右。

本文主要介紹的基于ProE的數(shù)控自動化加工方法，主要包括以下四個方面的內(nèi)容：

1.基于Pro/E的CAD三維建模，即在Pro/E中構(gòu)建出零件和毛坯的三維模型；

2.基于Pro/E的CAM自動化加工，即在ProE中設(shè)置加工機(jī)床、刀具、編程零點(diǎn)等參數(shù)，然后制定加工工藝，自動產(chǎn)生加工數(shù)據(jù)文件和刀位軌跡文件；

3.基于Pro/E的NC代碼后處理技術(shù)，上述所生成的刀位軌跡文件并不是NC代碼，需要經(jīng)過機(jī)床的后置處理器，轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床所能識別NC代碼，最后傳送到數(shù)控機(jī)床中，進(jìn)行加工。

4.基于VERICUT的仿真加工技術(shù)，即在VERICUT構(gòu)建出所用的數(shù)控機(jī)床模型，然后導(dǎo)入毛坯和經(jīng)過后處理輸出的NC代碼，然后實(shí)現(xiàn)仿真加工，以校驗(yàn)NC代碼和機(jī)床運(yùn)動幾何干涉。CAD/CAM一體化技術(shù)

零件模型

毛坯模型

制造模型

夾具設(shè)計(jì)加工環(huán)境設(shè)定

NC代碼生成

機(jī)床實(shí)際加工

后置處理

定義數(shù)控工序

機(jī)床設(shè)置

生成刀位文件

刀具設(shè)置

VERICUT仿真加工NC代碼后處理技術(shù)基于Pro/E的自動化加工流程圖

一、基于Pro/E的CAD三維建模

在ProE中進(jìn)行圓柱凸輪零件和毛坯件的建模。應(yīng)用舉例凸輪毛坯模型圓柱凸輪零件三維模型二、基于Pro/E的CAM自動化加工

零件模型建立后，要設(shè)定數(shù)控加工工藝，它主要包括以下內(nèi)容：1.確定加工機(jī)床的類型，比如，數(shù)控銑床，數(shù)控車床，線切割、三軸機(jī)床、五軸機(jī)床等。2.創(chuàng)建工件坐標(biāo)系，確定編程零點(diǎn)和退刀面。3.設(shè)置加工刀具參數(shù)，即設(shè)定刀具材料、刀具直徑、刀具長度參數(shù)等。4.設(shè)定加工方法和工藝參數(shù)。加工方法有平面銑削、曲面銑削、輪廓加工、軌跡加工、孔加工、刻模加工等加工方法。工藝參數(shù)即設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削深度等。在Pro/E中設(shè)置加工機(jī)床在Pro/E中設(shè)置刀具在Pro/E中中設(shè)設(shè)置置加加工工參參數(shù)數(shù)確定定加加工工方方法法凸輪輪加加工工主主要要是是進(jìn)進(jìn)行行凸凸輪輪槽槽的的加加工工，，在在這這里里我我們們選選擇擇軌軌跡跡加加工工方方法法，，即即讓讓刀刀具具沿沿著著凸凸輪輪槽槽的的中中心心線線為為軌軌跡跡，，沿沿周周向向切切出出凸凸輪輪槽槽。。如如下下圖圖所所示示，，并并生生成成刀刀位位文文件件。。三、、基基于于Pro/E的的NC代代碼碼后后處處理理技技術(shù)術(shù)值得得注注意意的的是是，，此此時時的的刀刀位位文文件件并并不不是是數(shù)數(shù)控控加加工工程程序序，，而而此此時時的的仿仿真真加加工工也也只只是是對對刀刀位位軌軌跡跡進(jìn)進(jìn)行行仿仿真真，，并并沒沒有有對對圓圓柱柱凸凸輪輪的的數(shù)數(shù)控控加加工工程程序序進(jìn)進(jìn)行行仿仿真真。。刀刀位位軌軌跡跡文文件件給給出出的的是是刀刀具具在在工工件件坐坐標(biāo)標(biāo)系系中中的的位位置置數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，包包括括刀刀心心點(diǎn)點(diǎn)坐坐標(biāo)標(biāo)和和刀刀軸軸矢矢量量，，而而不不是是數(shù)數(shù)控控程程序序。。因因此此，，要要獲獲得得數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床加加工工程程序序，，還還需需要要將將刀刀位位軌軌跡跡文文件件轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成具具體體機(jī)機(jī)床床的的程程序序代代碼碼，，該該過過程程稱稱為為后后置置處處理理(Post-Processing)。。后后置置處處理理的的任任務(wù)務(wù)就就是是根根據(jù)據(jù)具具體體機(jī)機(jī)床床運(yùn)運(yùn)動動結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和控控制制指指令令格格式式，，將將前前置置計(jì)計(jì)算算的的刀刀位位數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)變變換換成成機(jī)機(jī)床床各各軸軸的的運(yùn)運(yùn)動動數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，并并按按其其控控制制指指令令格格式式進(jìn)進(jìn)行行轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換，，成成為為數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的加加工工程程序序。。由由此此可可見見，，后后處處理理技技術(shù)術(shù)是是整整個個計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)輔輔助助制制造造過過程程中中非非常常重重要要的的部部分分，，沒沒有有這這部部分分的的技技術(shù)術(shù)就就不不能能生生成成NC代代碼碼，，也也就就無無從從談?wù)剶?shù)數(shù)控控加加工工了了。。具體體實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)后后置置處處理理技技術(shù)術(shù)的的是是各各個個數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的后后處處理理器器。。后后處處理理器器是是一一個個用用來來處處理理由由CAD系系統(tǒng)統(tǒng)產(chǎn)產(chǎn)生生的的刀刀位位數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)文文件件的的應(yīng)應(yīng)用用程程序序。。由由于于每每個個機(jī)機(jī)床床的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)特特點(diǎn)點(diǎn)不不一一樣樣，，例例如如有有的的機(jī)機(jī)床床主主軸軸是是水水平平布布置置，，有有的的機(jī)機(jī)床床主主軸軸是是垂垂直直布布置置，，還還有有的的機(jī)機(jī)床床可可以以實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)多多軸軸聯(lián)聯(lián)動動等等；；另另外外各各種種機(jī)機(jī)床床所所使使用用的的控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)不不一一樣樣，，即即所所需需的的NC代代碼碼的的代代碼碼定定義義和和格格式式也也不不一一樣樣；；因因此此每每個個數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的后后處處理理器器也也就就各各不不相相同同。。數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床后后處處理理器器的的開開發(fā)發(fā)構(gòu)構(gòu)建建可可在在各各種種CAD/CAM（（Pro/E、、UG等等））軟軟件件的的后后處處理理模模塊塊中中實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，，后后處處理理模模塊塊帶帶有有一一些些一一般般機(jī)機(jī)床床的的專專用用后后處處理理器器，，但但對對于于結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)復(fù)雜雜的的特特殊殊五五軸軸加加工工中中心心的的后后處處理理器器需需要要自自己己開開發(fā)發(fā)。。Pro/E的后后處理理模塊塊Pro/NCPOSTPro/E軟件件提供供了Pro/NCPOST模塊塊來實(shí)實(shí)現(xiàn)后后處理理功能能。Pro/NCPOST為為用戶戶提供供了一一些常常用的的后置置處理理器，，在實(shí)實(shí)際應(yīng)應(yīng)用中中，這這些后后置處處理器器可能能會不不滿足足用戶戶的需需要。。這時時用戶戶就必必須創(chuàng)創(chuàng)建自自己的的后置置處理理器。。Pro/NCPOST能能夠?qū)崒?shí)現(xiàn)這這一功功能。。開開發(fā)機(jī)機(jī)床的的后處處理器器的方方法是是：在在CAD/CAM軟軟件的的后處處理模模塊中中，依依據(jù)機(jī)機(jī)床工工作手手冊和和數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)編程程手冊冊定義義機(jī)床床的各各種參參數(shù)和和數(shù)控控功能能代碼碼，還還可進(jìn)進(jìn)行編編程以以設(shè)置置NC代碼碼程序的的頭尾尾和輸輸出程程序格格式。。在后處處理開開發(fā)模模塊中中設(shè)置置機(jī)床床類型型在后處處理開開發(fā)模模塊中中設(shè)置置數(shù)控控功能能代碼碼在后處處理開開發(fā)模模塊中中編寫寫開發(fā)發(fā)程序序完成機(jī)機(jī)床后后置處處理器器的開開發(fā)后后，就就可以以對刀刀位數(shù)數(shù)據(jù)文文件進(jìn)進(jìn)行后后置處處理，，生成成機(jī)床床控制制數(shù)據(jù)據(jù)文件件(MCD文件件)，，即NC代代碼。。經(jīng)后處處理器器生成成的NC代代碼文文件四、基基于VERICUT的仿仿真加加工技技術(shù)VERICUT是目目前功功能最最強(qiáng)大大也是是最優(yōu)優(yōu)秀的的仿真真加工工軟件件。VERICUT軟件件由NC程程序驗(yàn)驗(yàn)證模模塊、、機(jī)床床運(yùn)動動仿真真模塊塊、優(yōu)優(yōu)化路路徑模模塊、、多軸軸模塊塊、實(shí)實(shí)體比比較模模塊和和CAD/CAM接接口等等模塊塊組成成，可可仿真真數(shù)控控車床床、銑銑床、、加工工中心心、線線切割割機(jī)床床等多多種加加工設(shè)設(shè)備的的數(shù)控控加工工過程程。能能進(jìn)行行NC程序序優(yōu)化化、縮縮短加加工時時間，，可檢檢查過過切、、欠切切，防防止機(jī)機(jī)床碰碰撞、、超行行程等等錯誤誤。具具有真真實(shí)的的三維維實(shí)體體顯示示效果果，切切削模模型可可測量量尺寸寸，并并能保保存模模型供供檢驗(yàn)驗(yàn)、后后續(xù)工工序切切削加加工。。VERICUT軟軟件目目前已已廣泛泛應(yīng)用用于航航空、、模具具制造造等行行業(yè)，，其最最大特特點(diǎn)是是可進(jìn)進(jìn)行各各種數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的實(shí)體體建模模，并并能仿仿真各各種CNC系統(tǒng)統(tǒng)，既既能仿仿真刀刀位文文件，，也可可仿真真各種種系統(tǒng)統(tǒng)的NC代代碼。?；赩ERICUT的仿仿真加加工方方法：：1.在在VERICUT軟件件中，，按照照機(jī)床床的工工作手手冊，，依據(jù)據(jù)其實(shí)實(shí)際機(jī)機(jī)床的的結(jié)構(gòu)構(gòu)模型型和幾幾何參參數(shù)，，按照照1：：1的的比例例來創(chuàng)創(chuàng)建機(jī)機(jī)床的的幾何何模型型；2.設(shè)設(shè)定機(jī)機(jī)床模模型中中各個個軸的的運(yùn)動動方向向和旋旋轉(zhuǎn)方方向，，設(shè)定定機(jī)床床零點(diǎn)點(diǎn)，最最后在在配置置機(jī)床床的數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)，，至此此這個個機(jī)床床模型型就和和實(shí)際際的機(jī)機(jī)床一一模一一樣了了；3.建建立加加工所所用的的刀具具庫；；4.導(dǎo)導(dǎo)入工工件毛毛坯和和NC代碼碼，進(jìn)進(jìn)行實(shí)實(shí)體仿仿真切切削