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文檔簡介
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)床實現(xiàn)整個加工過程。原先使用的手工編程有如下的缺點:
(1)每個點的坐標(biāo)都要進(jìn)行計算,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,不但計算復(fù)雜,有時人工也很難實現(xiàn)。?上述問題由計算機(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。這種采用計算機(jī)輔助設(shè)計繪圖和編制數(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:
,即在Pro/E中構(gòu)建出零件和毛坯的三維模型;
,即在ProE中設(shè)置加工機(jī)床、刀具、編程零點等參數(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;
,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。
,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,然后實現(xiàn)仿真加工,以校驗NC代碼和機(jī)床運動幾何干涉。?CAD/CAM一體化技術(shù)
零件模型
毛坯模型
制造模型
夾具設(shè)計加工環(huán)境設(shè)定
NC代碼生成
機(jī)床實際加工
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中設(shè)置加工參數(shù)?確定加工方法
凸輪加工主要是進(jìn)行凸輪槽的加工,在這里我們選擇軌跡加工方法,即讓刀具沿著凸輪槽的中心線為軌跡,沿周向切出凸輪槽。如下圖所示,并生成刀位文件。?三、基于Pro/E的NC代碼后處理技術(shù)
值得注意的是,此時的刀位文件并不是數(shù)控加工程序,而此時的仿真加工也只是對刀位軌跡進(jìn)行仿真,并沒有對圓柱凸輪的數(shù)控加工程序進(jìn)行仿真。
刀位軌跡文件給出的是刀具在工件坐標(biāo)系中的位置數(shù)據(jù),包括刀心點坐標(biāo)和刀軸矢量,而不是數(shù)控程序。因此,要獲得數(shù)控機(jī)床加工程序,還需要將刀位軌跡文件轉(zhuǎn)換成具體機(jī)床的程序代碼,該過程稱為后置處理(Post-Processing)。后置處理的任務(wù)就是根據(jù)具體機(jī)床運動結(jié)構(gòu)和控制指令格式,將前置計算的刀位數(shù)據(jù)變換成機(jī)床各軸的運動數(shù)據(jù),并按其控制指令格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換,成為數(shù)控機(jī)床的加工程序。由此可見,后處理技術(shù)是整個計算機(jī)輔助制造過程中非常重要的部分,沒有這部分的技術(shù)就不能生成NC代碼,也就無從談數(shù)控加工了。?具體實現(xiàn)后置處理技術(shù)的是各個數(shù)控機(jī)床的后處理器。后處理器是一個用來處理由CAD系統(tǒng)產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件的應(yīng)用程序。由于每個機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點不一樣,例如有的機(jī)床主軸是水平布置,有的機(jī)床主軸是垂直布置,還有的機(jī)床可以實現(xiàn)多軸聯(lián)動等;另外各種機(jī)床所使用的控制系統(tǒng)不一樣,即所需的NC代碼的代碼定義和格式也不一樣;因此每個數(shù)控機(jī)床的后處理器也就各不相同。
數(shù)控機(jī)床后處理器的開發(fā)構(gòu)建可在各種CAD/CAM(Pro/E、UG等)軟件的后處理模塊中實現(xiàn),后處理模塊帶有一些一般機(jī)床的專用后處理器,但對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特殊五軸加工中心的后處理器需要自己開發(fā)。?Pro/E的后處理模塊Pro/NCPOST
Pro/E軟件提供了Pro/NCPOST模塊來實現(xiàn)后處理功能。Pro/NCPOST為用戶提供了一些常用的后置處理器,在實際應(yīng)用中,這些后置處理器可能會不滿足用戶的需要。這時用戶就必須創(chuàng)建自己的后置處理器。Pro/NCPOST能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能。
開發(fā)機(jī)床的后處理器的方法是:在CAD/CAM軟件的后處理模塊中,依據(jù)機(jī)床工作手冊和數(shù)控系統(tǒng)編程手冊定義機(jī)床的各種參數(shù)和數(shù)控功能代碼,還可進(jìn)行編程以設(shè)置NC代碼程序的頭尾和輸出程序格式。?在后處理開發(fā)模塊中設(shè)置機(jī)床類型?在后處理開發(fā)模塊中設(shè)置數(shù)控功能代碼?在后處理開發(fā)模塊中編寫開發(fā)程序?完成機(jī)床后置處理器的開發(fā)后,就可以對刀位數(shù)據(jù)文件進(jìn)行后置處理,生成機(jī)床控制數(shù)據(jù)文件(MCD文件),即NC代碼。經(jīng)后處理器生成的NC代碼文件?四、基于VERICUT的仿真加工技術(shù)
VERICUT是目前功能最強(qiáng)大也是最優(yōu)秀的仿真加工軟件。VERICUT軟件由NC程序驗證模塊、機(jī)床運動仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊、多軸模塊、實體比較模塊和CAD/CAM接口等模塊組成,可仿真數(shù)控車床、銑床、加工中心、線切割機(jī)床等多種加工設(shè)備的數(shù)控加工過程。能進(jìn)行NC程序優(yōu)化、縮短加工時間,可檢查過切、欠切,防止機(jī)床碰撞、超行程等錯誤。具有真實的三維實體顯示效果,切削模型可測量尺寸,并能保存模型供檢驗、后續(xù)工序切削加工。VERICUT軟件目前已廣泛應(yīng)用于航空、模具制造等行業(yè),其最大特點是可進(jìn)行各種數(shù)控機(jī)床的實體建模,并能仿真各種CNC系統(tǒng),既能仿真刀位文件,也可仿真各種系統(tǒng)的NC代碼。?基于VERICUT的仿真加工方法:
1.在VERICUT軟件中,按照機(jī)床的工作手冊,依據(jù)其實際機(jī)床的結(jié)構(gòu)模型和幾何參數(shù),按照1:1的比例來創(chuàng)建機(jī)床的幾何模型;
2.設(shè)定機(jī)床模型中各個軸的運動方向和旋轉(zhuǎn)方向,設(shè)定機(jī)床零點,最后在配置機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng),至此這個機(jī)床模型就和實際的機(jī)床一模一樣了;
3.建立加工所用的刀具庫;
4.導(dǎo)入工件毛坯和NC代碼,進(jìn)行實體仿真切削。通過觀察NC代碼仿真加工過程,可直觀的進(jìn)行NC代碼的驗證和機(jī)床運動幾何干涉的校驗。
5.仿真結(jié)束后,VERICUT可以輸出詳細(xì)的仿真加工報告,包括NC代碼的程序行數(shù)、運行時間、最大吃刀量、代碼有無格式錯誤、機(jī)床有無碰撞干涉等等。還可以將加工后的凸輪與原設(shè)計零件進(jìn)行對比,然后結(jié)合NC代碼報告,進(jìn)一步驗證后處理程序代碼和幾何運動干涉檢驗。?VERICUT中的DMU70V五軸數(shù)控機(jī)床模型
?在VERICUT中進(jìn)行圓柱凸輪的仿真加工
?在VERICUT中對比原設(shè)計零件和加工后零件
?五、文件傳送
通過通訊的方式(RS232、網(wǎng)卡)將數(shù)據(jù)從計算機(jī)傳到數(shù)控機(jī)床上。
六、數(shù)控機(jī)床加工
將工件在機(jī)床上裝夾定位后,即可通過數(shù)控程序自動完成工件的各加工工序。?在DMU70V機(jī)床上加工完畢后的凸輪零件
?謝謝大家!?數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實驗教學(xué)中心實驗?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機(jī)床的加工程序編制,掌握編程的方法及技巧;將在計算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序,然后在數(shù)控機(jī)床上對工件進(jìn)行加工;結(jié)合機(jī)械加工工藝,實現(xiàn)最優(yōu)化編程,提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的;數(shù)控編程的內(nèi)容;編程步驟。機(jī)械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程,就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運動以及刀具位移等內(nèi)容,按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等,變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息,再送入數(shù)控機(jī)床,數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后,向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息,驅(qū)動機(jī)床完成相應(yīng)的運動。機(jī)械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙,確定加工工藝過程;②計算走刀軌跡,得出刀位數(shù)據(jù);③編寫零件加工程序;④制作控制介質(zhì);⑤校對程序及首件試加工。機(jī)械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機(jī)械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗及試切數(shù)控機(jī)床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng),由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成,不要求專用硬件或運動控制卡,所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成,操作界面由系統(tǒng)操作和機(jī)床控制兩大部分組成。機(jī)械工程實驗教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機(jī)械工程實驗教學(xué)中心為例,軟件提供下列指令:以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)(OpenSoftCNC01T)組別指令功能編程格式模態(tài)
1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補(bǔ)G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補(bǔ)G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補(bǔ)G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補(bǔ)G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補(bǔ)G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27
G28Z軸返回程序零點G28
G92定義絕對坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時G04E_
3M00暫停M00
M02程序結(jié)束M02
4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√
6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_
M98子程序調(diào)用M98P_L_
M99子程序返回M99
7M20自定義開關(guān)1有效M20√M21自定義開關(guān)1無效M21√8M22自定義開關(guān)2有效M22√M23自定義開關(guān)2無效M23√9S主軸轉(zhuǎn)速控制S00~S07;S0000~S9999√10T指定刀具T00~T05√11F指定速度F12~F4000√OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下,可進(jìn)行有關(guān)數(shù)控加工程序文件的各種操作,如讀入程序、編輯修改及查錯編譯等。每一個工件程序由若干個程序段組成;每一個程序段完成一個加工步驟;每一個程序指令有程序段號和若干個指令代碼組成,指令代碼在程序段中的位置可以是任意的,同組指令在同一程序段中不能重復(fù)使用;
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