Pro/ENGINEER在數(shù)控編程中應(yīng)用技巧

1 引言
　　Pro/ENGINEER軟件CAD/CAM一體化的實(shí)用軟件之一，在航空、航天領(lǐng)域、電子通信等精密加工領(lǐng)域都有普遍應(yīng)用，可進(jìn)行三至五軸銑削以及車削、線切割的數(shù)控加工過程設(shè)計(jì)，對產(chǎn)品進(jìn)行加工過程仿真及對工件進(jìn)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(chǔ)上，能將整個設(shè)計(jì)至生產(chǎn)過程集成在一起，具有全相關(guān)性，應(yīng)用它進(jìn)行數(shù)控編程，避免了加工過程對產(chǎn)品進(jìn)行二次建模，使用方便，數(shù)據(jù)提取可靠，可以避免在加工過程中對產(chǎn)品的重復(fù)設(shè)計(jì)可能發(fā)生的錯誤。筆者自使用該軟件以來，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(chǎn)品的程序設(shè)計(jì)，如圖1所示。以下是應(yīng)用該軟件過程中的一些技巧和體會，與大家共饗。

圖1 天線上的饋電、座架、模具產(chǎn)品

2 應(yīng)用技巧
2.1 工作路徑的設(shè)置
　　Pro/ENGINEER的工作路徑的設(shè)置是很重要的，因?yàn)镻ro/ENGINEER缺省的啟動路徑是在 Pro/ENGINEER安裝路徑下的BIN文件夾，該文件夾存儲Pro/ENGINEER最重要的各種命令。如果不設(shè)置工作路徑，隨著工作的進(jìn)行，會直接把零件文件、裝配文件、加工文件和相應(yīng)的Trail文件都保存在此文件夾中，給文件的管理帶來很大的麻煩，所以一定要建立自己的工作目錄，并且能做到文件的分類存放，統(tǒng)一管理。工作路徑設(shè)置的方法是：在文件目錄下選擇工作路徑目錄，然后選擇需要設(shè)置的路徑及文件夾作為工作路徑后，確定就可以了。
2.2 Config文件的正確應(yīng)用
　　Config文件是Pro/ENGINEER的系統(tǒng)配置文件，幾乎可以滿足對Pro/ENGINEER的所有要求，不僅在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程需要用到，在進(jìn)行加工過程設(shè)計(jì)時也有非常重要的數(shù)設(shè)置。通過些設(shè)置，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(jīng)常需要設(shè)置的參數(shù)。
（1）Mfg_auto_ref_prt_as_chk_srf：選擇yes或 no，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，用于計(jì)算這些序列的“NC序列”刀具路徑。
（2）Mfg_info_location：選擇top_left，bottom_right，用來設(shè)置“制造信息”對話框的位置。
（3）Mfg_xyz_num_digits：缺省值為10，在CL數(shù)據(jù)文件中，為x、y、z數(shù)據(jù)點(diǎn)設(shè)置數(shù)字位數(shù)。
（4）Nccheck_type：包括：vericut（缺省），指使用CGTech公司提供的Vericut；Nccheck，使用Pro/NC-CHECK。
2.3 工件坐標(biāo)系選擇技巧
　　機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，都設(shè)有固定的坐標(biāo)原點(diǎn)。在實(shí)際加工中，通常會選擇工件上的一點(diǎn)作為數(shù)控程序原點(diǎn)，并以此為原點(diǎn)建立一個工件坐標(biāo)系。應(yīng)用軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時的坐標(biāo)系就是實(shí)際加工時的工件坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系的合理確定，對數(shù)控編程及加工時的工件找正都很重要。為提高零件加工精度，程序原點(diǎn)應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)上，如對于以孔定位的工件，以孔的中心為程序原點(diǎn)就比較合適。程序原點(diǎn)也可以選在兩垂直平面的交線上，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。對于幾何形狀不規(guī)則的產(chǎn)品，要根據(jù)產(chǎn)品的具體情況來選擇工件坐標(biāo)系。通常都要遵守以下原則：在機(jī)床上容易找正、編程方便、對刀誤差小、加工時檢查方便、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(shè)計(jì)
　　應(yīng)用腔體類、軌跡類加工方式，如不作特殊設(shè)計(jì)，刀具會按照系統(tǒng)計(jì)算的位置進(jìn)行刀具的切入和切出，但有時這個位置并不是程序設(shè)計(jì)員需要的。例如，對于薄壁產(chǎn)品的銑削加工，為減少刀具的軸向切削力，防止工件變形，一般首先會在工件落刀位置打孔，軸向進(jìn)刀時，要求刀具從落刀孔位置軸向進(jìn)刀，側(cè)刃銑削，以減小切削力，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(shè)計(jì)，這個功能可以應(yīng)用于整個腔體加工，也可在指定的工件層或者位置進(jìn)行刀具切入和切出設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用的方法有三種 ：新建或者選擇基準(zhǔn)點(diǎn)作為刀具軸向切入和切出的位置，這個點(diǎn)可以投影到垂直于安全面的所有加工層上 ；新建或者選擇基準(zhǔn)軸線進(jìn)行刀具的切入和切出位置設(shè)計(jì)，這個軸線可以是工件上的，也可以是毛坯上的，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 ；用草繪工具，在加工坐標(biāo)系的XY平面上進(jìn)行刀具切入和切出的軌跡設(shè)計(jì)?？梢詰?yīng)用Pro/ENGINEER軟件的草繪功能對刀具切入切出產(chǎn)品的路徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，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。
2.4.1 切削深度控制
　　在加工腔體類的零件，特別是型腔深度尺寸比較大時，刀具切深的控制非常重要。隨著加工過程的進(jìn)行，刀具懸深尺寸逐漸增大，對切削深度的要求也會不斷變化，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，適用于整個腔體加工，但在某些有特殊要求的零件，考慮加工效率和加工性能，使用同樣切深卻不一定適用。在加工過程優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以對刀具的切削深度進(jìn)行控制。
（1）Upto Depth:每層按切削深度加工至設(shè)定的深度。
（2）From－To Depth:在一個特定的深度范圍內(nèi)分層加工。
（3） Slice/Slice:按照每層設(shè)定的層深生成刀具運(yùn)動軌跡，需要設(shè)置每層的加工深度。
2.4.2 切削速度的控制
　　在切削加工過程中，在刀具切入、切出、圓弧走刀、直線走刀等情況下需要設(shè)置不同的切削速度，在高級參數(shù)表設(shè)置里可以根據(jù)不同的加工部位設(shè)置不同的切削參數(shù)。
（1）Cut-Feed :切削加工進(jìn)給速度。
（2）Retract-Feed :刀具返回安全面的速度。
（3）Free-Feed :快速進(jìn)給速度，如果不設(shè)定的話，該速度應(yīng)用機(jī)床默認(rèn)的缺省值。
（4）Arc-Feed :圓弧加工進(jìn)給速度。
　　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(shè)定不同的切削速度。為提高加工效率，通常也會設(shè)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(shè)計(jì)
　　Pro/ENGINEER的軌跡加工方式給程序設(shè)計(jì)人員很大的自由度，可根據(jù)不同的加工產(chǎn)品進(jìn)行刀具加工軌跡的設(shè)計(jì)。以下是加工軌跡設(shè)計(jì)的4種方式。
（1）草繪刀具加工軌跡 。
（2）選擇曲面的邊作為刀具軌跡。
（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。
　　對于幾段不連續(xù)的軌跡加工，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，不再進(jìn)行切削過程的重復(fù)設(shè)計(jì)，使加工過程設(shè)計(jì)更為簡捷。具體做法是：在刀具路徑優(yōu)化菜單下，分段插入新的刀具軌跡路徑，并且在軌跡加工方式下可以對刀具的運(yùn)動方向、刀具半徑的偏置方向進(jìn)行控制，并可根據(jù)加工產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行刀具的深度方向偏置。
　　2.4.4 五軸機(jī)床加工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換技巧
　　在五軸加工過程設(shè)計(jì)中，工件X、Y、Z軸的方向只要確定，其余兩軸也就確定了。通常情況下進(jìn)行曲面和輪廓的五軸加工可直接應(yīng)用工件坐標(biāo)系，但在體積銑削和腔體銑削加工時，也會涉及到工件坐標(biāo)系和工步坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換，在這兩種加工方式下，只能提供三軸加工方式，刀具軸線必須沿工件坐標(biāo)系的Z軸方向加工，如果零件上的腔體位置相對工件坐標(biāo)系已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了一定的角度，三軸方式無法生成刀具加工軌跡。這時需要對該工步應(yīng)用的坐標(biāo)系進(jìn)行平移旋轉(zhuǎn)，也就是使工步坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。具體方法是：對于在五軸加工中需要旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行腔體或體積加工的產(chǎn)品，重新設(shè)計(jì)工步加工坐標(biāo)系和相應(yīng)的安全面，并在該工步中選擇該坐標(biāo)系和安全面，使刀具沿垂直于新坐標(biāo)系的Z方向進(jìn)刀，坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2所示。

圖2 五軸加工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換示意圖

其中 CS0——工件坐標(biāo)系 ；
CS1、CS2——旋轉(zhuǎn)后的加工坐標(biāo)系。
　　在產(chǎn)生加工NC文件時，系統(tǒng)自動計(jì)算工件坐標(biāo)系和新的工步坐標(biāo)系的位置關(guān)系，在生成加工程序時自動將刀具的刀位點(diǎn)換算成工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)數(shù)值，實(shí)現(xiàn)一個加工過程中不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。
　　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)，通常會應(yīng)用參數(shù)控制曲面精度。
　　（1）TOLERANCE指公差。主要用來控制刀具曲線加工路徑的精度，在刀具按直線插補(bǔ)走刀時，兩點(diǎn)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。公差數(shù)值越小，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，刀具兩次走刀過后，在工件表面會形成一個凸臺，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，當(dāng)球頭刀按照參數(shù)表中的步距加工曲面時，如果形成的凸臺尺寸超過該參數(shù)設(shè)置值時，系統(tǒng)自動按照該尺寸重新計(jì)算刀具的步距，確保曲面的精度要求。
　　2.4.6 高速加工的參數(shù)設(shè)置
　　在體積銑削中進(jìn)行高速粗加工時，可將參數(shù)ROUGH_OPTION（加工方式）設(shè)置為ROUGH_ONLY，將SCAN_TYPE設(shè)置為CONSTANT_LOAD（恒載荷），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(cè)材料逼近，恒定的凹口載入，盡量避免刀具方向突然發(fā)生改變，減少重新定位移動。
　　在體積銑削中進(jìn)行高速輪廓加工時，可將ROUGH_OPTION參數(shù)設(shè)置為PROF_ONLY，將SCAN_TYPE設(shè)置為CONSTANT_LOAD，盡量避免刀具方向突然發(fā)生改變，使用連續(xù)刀具路徑，減少重新定位移動，使用弧線或螺旋線移動的“進(jìn)刀”和“退刀”運(yùn)動來保證加工產(chǎn)品的表面質(zhì)量。
2.4.7 后處理程序的開發(fā)應(yīng)用
　　Pro/NC生成ASCⅡ格式的切刀位置 (CL) 數(shù)據(jù)文件，在進(jìn)行任何加工操作之前這些文件需要進(jìn)行后處理以創(chuàng)建“加工控制數(shù)據(jù) (MCD)”文件?？赏ㄟ^設(shè)置配置選項(xiàng)NCpost_type來控制要使用的后處理模塊。在進(jìn)行產(chǎn)品加工設(shè)計(jì)之后，需要應(yīng)用相應(yīng)的后處理器對產(chǎn)生的刀位文件進(jìn)行后置處理，以生成機(jī)床可以識別的NC代碼。由于每種設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能以及使用的數(shù)控系統(tǒng)不盡相同，后處理器不能通用，需要使用者針對具體設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，如圖5所示。所開發(fā)出的不同數(shù)控系統(tǒng)對應(yīng)的后處理器，能夠處理不同類型格式的刀具路徑文件，并做優(yōu)化處理以滿足不同類型的機(jī)床、系統(tǒng)、零件加工需求，生成NC程序不需人工做二次修改而直接應(yīng)用于機(jī)床。

圖5 后處理程序開發(fā)界面

3 結(jié)束語
　　以上是筆者在應(yīng)用Pro/ENGINEER軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)后總結(jié)出來的一些應(yīng)用技巧和體會。通過對大量零件的程序設(shè)計(jì)及實(shí)際檢驗(yàn)，應(yīng)用軟件的MFG加工模塊可以進(jìn)行各類復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的加工過程設(shè)計(jì)，其中應(yīng)用高級曲面加工模塊完成復(fù)雜曲面產(chǎn)品五軸機(jī)床數(shù)控加工，應(yīng)用高速銑削技術(shù)進(jìn)行薄壁多腔體結(jié)構(gòu)件的加工、高精度產(chǎn)品的加工等關(guān)鍵技術(shù)的解決，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時，還需要考慮刀具路徑及程序優(yōu)化，切削參數(shù)及切削方式的優(yōu)化等問題，在滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的前提下，降低加工成本，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。