基于ProE的數(shù)控加工方法和數(shù)控機(jī)床編程及加工

基于Pro/E的數(shù)控自動(dòng)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(duì)數(shù)控機(jī)床的研究工作，于1952年推出了第一臺(tái)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(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密測(cè)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(dòng)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(shí)，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(gè)加工過程。原先使用的手工編程有如下的缺點(diǎn)：

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

(2)對(duì)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(shí)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(dòng)編程過程是在三維繪圖軟件控制下，以人—機(jī)對(duì)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(dòng)生成NC代碼。

編程人員對(duì)整個(gè)模式過程進(jìn)行觀察，能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)其不合理的地方及錯(cuò)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(duì)三維復(fù)雜曲面零件，只要作適當(dāng)?shù)男薷模湍墚a(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(shí)予以修正。因而使可靠性大為提高，試切次數(shù)減少，對(duì)于不太復(fù)雜的零件，往往一次加工合格，其編程時(shí)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(dòng)化加工方法，主要包括以下四個(gè)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(diǎn)等參數(shù)，然后制定加工工藝，自動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)仿真加工，以校驗(yàn)NC代碼和機(jī)床運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(zhǎng)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(shí)的刀位文件并不是數(shù)控加工程序，而此時(shí)的仿真加工也只是對(duì)刀位軌跡進(jìn)行仿真，并沒有對(duì)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(diǎn)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(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和控制指令格式，將前置計(jì)算的刀位數(shù)據(jù)變換成機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)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(gè)計(jì)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(shí)現(xiàn)后置處理技術(shù)的是各個(gè)數(shù)控機(jī)床的后處理器。后處理器是一個(gè)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(gè)機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)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(gè)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(shí)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(duì)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(shí)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(shí)際應(yīng)用中，這些后置處理器可能會(huì)不滿足用戶的需要。這時(shí)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(cè)和數(shù)控系統(tǒng)編程手冊(cè)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(duì)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(yàn)證模塊、機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊、多軸模塊、實(shí)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(shí)間，可檢查過切、欠切，防止機(jī)床碰撞、超行程等錯(cuò)誤。具有真實(shí)的三維實(shí)體顯示效果，切削模型可測(cè)量尺寸，并能保存模型供檢驗(yàn)、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(diǎn)是可進(jìn)行各種數(shù)控機(jī)床的實(shí)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(cè)，依據(jù)其實(shí)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(gè)軸的運(yùn)動(dòng)方向和旋轉(zhuǎn)方向，設(shè)定機(jī)床零點(diǎn)，最后在配置機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，至此這個(gè)機(jī)床模型就和實(shí)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(shí)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(yàn)證和機(jī)床運(yùn)動(dòng)幾何干涉的校驗(yàn)。

5.仿真結(jié)束后，VERICUT可以輸出詳細(xì)的仿真加工報(bào)告，包括NC代碼的程序行數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、最大吃刀量、代碼有無格式錯(cuò)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(jì)零件進(jìn)行對(duì)比，然后結(jié)合NC代碼報(bào)告，進(jìn)一步驗(yàn)證后處理程序代碼和幾何運(yùn)動(dòng)干涉檢驗(yàn)。?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(duì)比原設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?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(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)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(shí)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(duì)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(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)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(jì)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(duì)程序及首件試加工。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)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(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)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(dòng)G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補(bǔ)G01X(U)_Z(W)_√G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時(shí)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(diǎn)G27

G28Z軸返回程序零點(diǎn)G28

G92定義絕對(duì)坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時(shí)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(cuò)編譯等。每一個(gè)工件程序由若干個(gè)程序段組成；每一個(gè)程序段完成一個(gè)加工步驟；每一個(gè)程序指令有程序段號(hào)和若干個(gè)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；