Pro/ENGINEER在數(shù)控編程中的應用技巧
【摘 要】 本文介紹了在生產中應用Pro/ENGINEER軟件進行數(shù)控程序設計的情況，以及在實際生產中總結的軟件應用技巧颂龙。
【關鍵詞】數(shù)控編程 應用 Pro/ENGINEER
1 引言
Pro/ENGINEER軟件是CAD/CAM一體化的實用軟件之一，在航空鳍咱、航天領域降盹、電子通信等精密加工領域都有普遍應用，可進行三至五軸銑削以及車削谤辜、線切割的數(shù)控加工過程設計蓄坏，對產品進行加工過程仿真及對工件進行切削干涉檢查并直接生成加工程序。由于軟件的整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫基礎上丑念，能將整個設計至生產過程集成在一起涡戳，具有全相關性结蟋，應用它進行數(shù)控編程，避免了加工過程對產品進行二次建模渔彰，使用方便嵌屎，數(shù)據(jù)提取可靠，可以避免在加工過程中對產品的重復設計可能發(fā)生的錯誤胯挚。筆者自使用該軟件以來滴督，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品的程序設計咨桶，如圖1所示瘫碾。以下是應用該軟件過程中的一些技巧和體會，與大家共饗椎敞。
圖1 天線上的饋電奴爷、座架、模具產品
2 應用技巧
2.1 工作路徑的設置
Pro/ENGINEER的工作路徑的設置是很重要的配籽，因為Pro/ENGINEER缺省的啟動路徑是在 Pro/ENGINEER安裝路徑下的BIN文件夾擂门，該文件夾存儲Pro/ENGINEER最重要的各種命令。
2.2 Config文件的正確應用
Config文件是Pro/ENGINEER的系統(tǒng)配置文件仇穗，幾乎可以滿足對Pro/ENGINEER的所有要求流部，不僅在進行產品設計過程需要用到，在進行加工過程設計時也有非常重要的參數(shù)設置纹坐。通過這些設置枝冀，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常需要設置的參數(shù)耘子。
（1）Mfg_auto_ref_prt_as_chk_srf：選擇yes或 no果漾，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參照零件作為檢查曲面绒障，用于計算這些序列的“NC序列”刀具路徑晃烟。
（2）Mfg_info_location：選擇top_left，bottom_right场恬，用來設置“制造信息”對話框的位置翠柄。
（3）Mfg_xyz_num_digits：缺省值為10，在CL數(shù)據(jù)文件中房睁，為x脑播、y、z數(shù)據(jù)點設置數(shù)字位數(shù)侈吨。
（4）Nccheck_type：包括：vericut（缺嗜呒丁），指使用CGTech公司提供的Vericut均膛；Nccheck咸耍，使用Pro/NC-CHECK。
2.3 工件坐標系選擇技巧
機床坐標系是機床上固有的坐標系服英，都設有固定的坐標原點努儒。在實際加工中，通常會選擇工件上的一點作為數(shù)控程序原點探橱，并以此為原點建立一個工件坐標系申屹。應用軟件進行程序設計時的坐標系就是實際加工時的工件坐標系。工件坐標系的合理確定隧膏，對數(shù)控編程及加工時的工件找正都很重要哗讥。為提高零件加工精度，程序原點應盡量選在零件的設計基準和工藝基準上胞枕，如對于以孔定位的工件杆煞，以孔的中心為程序原點就比較合適。程序原點也可以選在兩垂直平面的交線上腐泻，這樣不論是用銑刀還是用測頭都可以很容易找到交線的位置决乎。對于幾何形狀不規(guī)則的產品，要根據(jù)產品的具體情況來選擇工件坐標系派桩。通常都要遵守以下原則：在機床上容易找正构诚、編程方便、對刀誤差小铆惑、加工時檢查方便唤反、可靠和所引起的加工誤差小等。
2.4 刀具切入和切出工件的路徑設計
應用腔體類鸭津、軌跡類加工方式，如不作特殊設計，刀具會按照系統(tǒng)計算的位置進行刀具的切入和切出沫跨，但有時這個位置并不是程序設計人員需要的仿扩。例如，對于薄壁產品的銑削加工祖销，為減少刀具的軸向切削力种鳖，防止工件變形，一般首先會在工件落刀位置打孔夕荆，軸向進刀時哈滥，要求刀具從落刀孔位置軸向進刀，側刃銑削添毒，以減小切削力喷总，防止工件變形。在刀具路徑優(yōu)化功能中可以對刀具切入和切出位置做具體設計植西，這個功能可以應用于整個腔體加工柳卒，也可在指定的工件層或者位置進行刀具切入和切出設計。實際應用的方法有三種 ：新建或者選擇基準點作為刀具軸向切入和切出的位置宫屠，這個點可以投影到垂直于安全面的所有加工層上 列疗；新建或者選擇基準軸線進行刀具的切入和切出位置設計，這個軸線可以是工件上的浪蹂，也可以是毛坯上的抵栈，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 坤次；用草繪工具古劲，在加工坐標系的XY平面上進行刀具切入和切出的軌跡設計≌闾撸可以應用Pro/ENGINEER軟件的草繪功能對刀具切入切出產品的路徑進行設計绢慢，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洛波。
2.4.1 切削深度控制
在加工腔體類的零件胰舆，特別是型腔深度尺寸比較大時，刀具切深的控制非常重要蹬挤。隨著加工過程的進行缚窿，刀具懸深尺寸逐漸增大，對切削深度的要求也會不斷變化锤塘，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妨舟，適用于整個腔體加工，但在某些有特殊要求的零件伦够，考慮加工效率和加工性能邦叶，使用同樣切深卻不一定適用。在加工過程優(yōu)化設計中，可以對刀具的切削深度進行控制尺笼。
（1）Upto Depth:每層按切削深度加工至設定的深度肃逐。
（2）From－To Depth:在一個特定的深度范圍內分層加工。
（3） Slice/Slice:按照每層設定的層深生成刀具運動軌跡林下，需要設置每層的加工深度袄肩。
2.4.2 切削速度的控制
在切削加工過程中，在刀具切入腋芜、切出再副、圓弧走刀、直線走刀等情況下需要設置不同的切削速度花炭，在高級參數(shù)表設置里可以根據(jù)不同的加工部位設置不同的切削參數(shù)躬拢。
（1）Cut-Feed :切削加工進給速度。
（2）Retract-Feed :刀具返回安全面的速度灿意。
（3）Free-Feed :快速進給速度估灿，如果不設定的話，該速度應用機床默認的缺省值缤剧。
（4）Arc-Feed :圓弧加工進給速度馅袁。
如果加工一個工件時刀具軌跡既有直線又有圓弧，往往對直線加工和圓弧加工設定不同的切削速度荒辕。為提高加工效率汗销，通常也會設定刀具返回安全面的速度。
2.4.3 軌跡加工時的刀具路徑優(yōu)化設計
Pro/ENGINEER的軌跡加工方式給程序設計人員很大的自由度抵窒，可根據(jù)不同的加工產品進行刀具加工軌跡的設計弛针。以下是加工軌跡設計的4種方式。
（1）草繪刀具加工軌跡 李皇。
（2）選擇曲面的邊作為刀具軌跡削茁。
（3）選擇或者草繪曲線作為刀具軌跡。
（4）選擇曲面作為刀具加工軌跡掉房。
對于幾段不連續(xù)的軌跡加工茧跋，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蟋扩，不再進行切削過程的重復設計捉肄，使加工過程設計更為簡捷。具體做法是：在刀具路徑優(yōu)化菜單下南翻，分段插入新的刀具軌跡路徑常苍，并且在軌跡加工方式下可以對刀具的運動方向、刀具半徑的偏置方向進行控制绵布，并可根據(jù)加工產品的結構要求進行刀具的深度方向偏置鸵丸。
2.4.4 五軸機床加工坐標系轉換技巧
在五軸加工過程設計中喳牌，工件X、Y贪焊、Z軸的方向只要確定棺厚，其余兩軸也就確定了。通常情況下進行曲面和輪廓的五軸加工可直接應用工件坐標系漓楣，但在體積銑削和腔體銑削加工時，也會涉及到工件坐標系和工步坐標系之間的相互轉換锭化，在這兩種加工方式下链患，只能提供三軸加工方式，刀具軸線必須沿工件坐標系的Z軸方向加工瓶您，如果零件上的腔體位置相對工件坐標系已經旋轉了一定的角度麻捻，三軸方式無法生成刀具加工軌跡。這時需要對該工步應用的坐標系進行平移旋轉呀袱，也就是使工步坐標系和工件坐標系之間進行相互轉換贸毕。具體方法是：對于在五軸加工中需要旋轉角度進行腔體或體積加工的產品，重新設計工步加工坐標系和相應的安全面夜赵，并在該工步中選擇該坐標系和安全面明棍，使刀具沿垂直于新坐標系的Z方向進刀，坐標系之間的轉換關系如圖2所示寇僧。
圖2 五軸加工坐標系轉換示意圖
其中 CS0——工件坐標系 摊腋；
CS1、CS2——旋轉后的加工坐標系嘁傀。
在產生加工NC文件時兴蒸，系統(tǒng)自動計算工件坐標系和新的工步坐標系的位置關系，在生成加工程序時自動將刀具的刀位點換算成工件坐標系的坐標數(shù)值细办，實現(xiàn)一個加工過程中不同坐標系之間的轉換间歌。
2.4.5 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)认施，通常會應用參數(shù)控制曲面精度鹅址。
（1）TOLERANCE指公差。主要用來控制刀具曲線加工路徑的精度唱忠，在刀具按直線插補走刀時旷糟，兩點之間的連線和理想曲線的最大間距用公差控制，如圖3所示临卿。公差數(shù)值越小巾鹰，則曲線的精度就越高。
圖3 公差示意圖
（2）SCALLOP-HGT：使用球頭銑刀加工曲面的時候楷象，刀具兩次走刀過后其摘，在工件表面會形成一個凸臺受二，如圖4所示。
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高度均天，當球頭刀按照參數(shù)表中的步距加工曲面時画鉴，如果形成的凸臺尺寸超過該參數(shù)設置值時，系統(tǒng)自動按照該尺寸重新計算刀具的步距恢着，確保曲面的精度要求桐愉。
2.4.6 高速加工的參數(shù)設置
在體積銑削中進行高速粗加工時，可將參數(shù)ROUGH_OPTION（加工方式）設置為ROUGH_ONLY掰派，將SCAN_TYPE設置為CONSTANT_LOAD（恒載荷）从诲，使刀具在高速加工時處于恒定的切削條件，刀具從工件的外側材料逼近靡羡，恒定的凹口載入系洛，盡量避免刀具方向突然發(fā)生改變，減少重新定位移動略步。
在體積銑削中進行高速輪廓加工時描扯，可將ROUGH_OPTION參數(shù)設置為PROF_ONLY，將SCAN_TYPE設置為CONSTANT_LOAD趟薄，盡量避免刀具方向突然發(fā)生改變绽诚，使用連續(xù)刀具路徑，減少重新定位移動竟趾，使用弧線或螺旋線移動的“進刀”和“退刀”運動來保證加工產品的表面質量憔购。
2.4.7 后處理程序的開發(fā)應用
Pro/NC生成ASCⅡ格式的切刀位置 (CL) 數(shù)據(jù)文件，在進行任何加工操作之前這些文件需要進行后處理以創(chuàng)建“加工控制數(shù)據(jù) (MCD)”文件回象》＠牛可通過設置配置選項NCpost_type來控制要使用的后處理模塊。在進行產品加工設計之后东呻，需要應用相應的后處理器對產生的刀位文件進行后置處理南谈，以生成機床可以識別的NC代碼。由于每種設備的結構草吠、功能以及使用的數(shù)控系統(tǒng)不盡相同国谬，后處理器不能通用，需要使用者針對具體設備的數(shù)控系統(tǒng)進行二次開發(fā)燎隅，如圖5所示程堤。所開發(fā)出的不同數(shù)控系統(tǒng)對應的后處理器，能夠處理不同類型格式的刀具路徑文件扁奔，并做優(yōu)化處理以滿足不同類型的機床谍线、系統(tǒng)、零件加工需求暖谚，生成NC程序不需人工做二次修改而直接應用于機床工斤。
圖5 后處理程序開發(fā)界面
3 結束語
以上是筆者在應用Pro/ENGINEER軟件進行程序設計后總結出來的一些應用技巧和體會卷雕。通過對大量零件的程序設計及實際檢驗，應用軟件的MFG加工模塊可以進行各類復雜結構產品的加工過程設計票从，其中應用高級曲面加工模塊完成復雜曲面產品五軸機床數(shù)控加工漫雕，應用高速銑削技術進行薄壁多腔體結構件的加工、高精度產品的加工等關鍵技術的解決峰鄙，取得了良好的技術經濟效益浸间。在進行程序設計時，還需要考慮刀具路徑及程序優(yōu)化吟榴，切削參數(shù)及切削方式的優(yōu)化等問題发框，在滿足產品設計要求的前提下，降低加工成本煤墙，提高產品的生產效率。
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