ProENC工艺处理规范以及高效加工的研究.docx
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ProENC工艺处理规范以及高效加工的研究
本文基于Pro/ENGINEER平台，研究了NC模块的工艺处理和规范以及建立刀具数据库的方法，并通过灵活应用建立起的刀具数据库等功能，快速提高了编程效率。
一、引言
ProE/NC模块是Pro/ENGINEER软件用于制造加工的核心模块，其特点是简洁高效，然而市场上正规的教材也只是讲述其基本概念和简单实例，和实际使用需求有差距。
虽然现在新版本的Pro/ENGINEER软件已经做出了许多改进，但ProE/NC知识点很多，还是易学难精。
ProE/NC遵循Pro/ENGINEER软件本身的特点，即单一关系式数据库设计。
本文的目的就是在这种特性的基础上建立起ProE/NC在CAM应用中的一些工艺处理规范，从而实现应用的简洁高效。
二、工艺路线与规划
ProE/NC是以Pro/ENGINEER为基础，通过建立或导入CAD三维模型，由CAM创建数控加工刀位轨迹，并经过计算、仿真和后处理生成用于数控机床控制运动的G代码，再传递到数控机床上完成工件对象加工，其工艺流程如图1所示。
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明确CAM工艺流程后，需要制定工艺路线规划和加工工艺。
在工艺路线规划中明确从粗加工到精加工的整个流程以及加工余量的分配，在加工工艺中明确切削方式、刀具选择或创建，以及相关工艺参数的设置。
对工件的加工工艺方案分析，包括加工对象的材质、形状和加工区域。
加工对象的材质决定了加工刀具的选择，形状的变化决定了何种加工方法更高效，而加工区域需要明确分区加工原则。
分区加工分两种情况，第一种情况，是加工表面形状差异。
众所周知，球面、斜面等曲面加工需选用球头铣刀类才能达到加工表面粗糙度要求，所以当斜面和水平面相连接时，不能直接选用面铣刀完成加工，而应分区加工，斜面用球刀，平面用面铣刀完成。
第二种情况，是在同一加工平面区域尺寸有较大差异时，需要分区域选用不同大小的刀具进行加工。
大尺寸区域选用较大直径刀具，小尺寸区域选用较小直径刀具，以求提高效率。
在ProE/NC中，用户会发现：
默认设置下，刀具不会加工小于它直径尺寸的区域，故必须选用较小尺寸刀具才能完成加工。
一般加工工艺路线规划原则以及实施规范如下。
（1）上数控机床前，应尽量安排普通机床进行粗加工，确定第一基准面，比如加工工件的四方。
（2）加工工序一般由粗、半精到精，加工余量由大到小合理设定。
（3）加工元素先小后大，先内后外实施加工。
一般加工工艺方式选择以及实施方案规范如下。
（1）建立制造数据库，此数据库包括了工厂现有可用数控机床以及配套的专用、通用刀具表和夹具表等的配置地址和相关参数，此步骤为可选步骤。
如果不想预先建立全部数据库，可直接进入加工过程，然后在真正需要时定义上述任何项，但是此步骤的好处是显而易见的，它能够为高效加工提供保障。
（2）定义一个正确的操作。
（3）为指定操作定义、创建NC序列。
（4）创建材料去除特征。
（5）确定与编程有关的误差环节和误差控制参数，保证数控加工参数和实际加工精度（包括对加工余量的控制）。
（6）安全控制，包括退刀面选择和走刀避让区域等。
下面通过ProE/NC应用实例来诠释上述内容。
工件简图如图2所示，按照一般加工工艺路线规划原则以及实施规范，先在普通机床上加工工件六面到尺寸，再上加工中心加工。
在Pro/ENGINEER中建立三维模型（图3）。
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以下为笔者提供的工艺加工路线分析步骤。
（1）加工对象：
模型内腔和外部四角圆弧台阶。
（2）刀具选择：
内腔依次选用键铣刀Φ16mm、Φ12mm和Φ8mm，外部四角选用Φ16mm键铣刀。
（3）选择加工方式（体积块或窗口加工），粗加工先选定Φ16mm键铣刀，刀具参数为：
转速为1500r/min，进给量为200mm/s，轴向深度为3mm，径向深度为3mm，跨度为8mm，退刀高度为20mm，粗加工余量为1.5mm，扫描类型为“螺旋”。
再次分别选用Φ12mm和Φ8mm刀具（刀具参数按实际设定）进行粗加工。
另外可以按照高速加工方式，只需要选择已经设定好并保存过的刀具即可设定关联参数。
（4）选择加工元素，创建体积块、窗口加工（这里假定底部虎钳装夹，无需二次装夹和对刀）。
（5）生成刀轨并观察加工仿真。
（6）确认粗加工无误后，按照上述步骤进行精加工，加工余量设定为0mm，其他设定和前述一致。
（7）仿真查看，确认所有工序无误后，选中所有工序进行后处理（详细过程不再赘述），生成G代码用于数控机床加工。
三、高效加工的实现
ProE/NC的工艺流程与工艺路线规划需要员工的专业素养，而高效加工是基于ProE/NC软件的本身特点来实现的，应用它和机械加工专业知识配合起来才能实现高效加工。
要实现高效加工的首要条件是建立符合要求的加工模板、刀具库和关键参数设定。
（1）前期工作。
在config.pro文件中配置一个自己完全清楚的NC模板、刀具库路径和参数库路径（表1）。
设置完成后，在后来的加工操作中，相应的参数文件、刀具文件和NC后处理生成文件在保存或生成时均会存入相应文件夹中（应确保在相应目录建立相应正确的文件夹）。
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一、引言 ProE/NC模块是Pro/ENGINEER软件用于制造加工的核心模块，其特点是简洁高效，然而市场上正规的教材也只是讲述其基本概念和简单实例，和实际使用需求有差距。
虽然现在新版本的Pro/ENGINEER软件已经做出了许多改进，但ProE/NC知识点很多，还是易学难精。
ProE/NC遵循Pro/ENGINEER软件本身的特点，即单一关系式数据库设计。
本文的目的就是在这种特性的基础上建立起ProE/NC在CAM应用中的一些工艺处理规范，从而实现应用的简洁高效。
二、工艺路线与规划ProE/NC是以Pro/ENGINEER为基础，通过建立或导入CAD三维模型，由CAM创建数控加工刀位轨迹，并经过计算、仿真和后处理生成用于数控机床控制运动的G代码，再传递到数控机床上完成工件对象加工，其工艺流程如图1所示。
明确CAM工艺流程后，需要制定工艺路线规划和加工工艺。
在工艺路线规划中明确从粗加工到精加工的整个流程以及加工余量的分配，在加工工艺中明确切削方式、刀具选择或创建，以及相关工艺参数的设置。
对工件的加工工艺方案分析，包括加工对象的材质、形状和加工区域。
加工对象的材质决定了加工刀具的选择，形状的变化决定了何种加工方法更高效，而加工区域需要明确分区加工原则。
分区加工分两种情况，第一种情况，是加工表面形状差异。
众所周知，球面、斜面等曲面加工需选用球头铣刀类才能达到加工表面粗糙度要求，所以当斜面和水平面相连接时，不能直接选用面铣刀完成加工，而应分区加工，斜面用球刀，平面用面铣刀完成。
第二种情况，是在同一加工平面区域尺寸有较大差异时，需要分区域选用不同大小的刀具进行加工。
大尺寸区域选用较大直径刀具，小尺寸区域选用较小直径刀具，以求提高效率。
在ProE/NC中，用户会发现：
默认设置下，刀具不会加工小于它直径尺寸的区域，故必须选用较小尺寸刀具才能完成加工。
一般加工工艺路线规划原则以及实施规范如下。
（1）上数控机床前，应尽量安排普通机床进行粗加工，确定第一基准面，比如加工工件的四方。
（2）加工工序一般由粗、半精到精，加工余量由大到小合理设定。
（3）加工元素先小后大，先内后外实施加工。
一般加工工艺方式选择以及实施方案规范如下。
（1）建立制造数据库，此数据库包括了工厂现有可用数控机床以及配套的专用、通用刀具表和夹具表等的配置地址和相关参数，此步骤为可选步骤。
如果不想预先建立全部数据库，可直接进入加工过程，然后在真正需要时定义上述任何项，但是此步骤的好处是显而易见的，它能够为高效加工提供保障。
（2）定义一个正确的操作。
（3）为指定操作定义、创建NC序列。
（4）创建材料去除特征。
（5）确定与编程有关的误差环节和误差控制参数，保证数控加工参数和实际加工精度（包括对加工余量的控制）。
（6）安全控制，包括退刀面选择和走刀避让区域等。
下面通过ProE/NC应用实例来诠释上述内容。
工件简图如图2所示，按照一般加工工艺路线规划原则以及实施规范，先在普通机床上加工工件六面到尺寸，再上加工中心加工。
在Pro/ENGINEER中建立三维模型（图3）。
以下为笔者提供的工艺加工路线分析步骤。
（1）加工对象：
模型内腔和外部四角圆弧台阶。
（2）刀具选择：
内腔依次选用键铣刀Φ16mm、Φ12mm和Φ8mm，外部四角选用Φ16mm键铣刀。
（3）选择加工方式（体积块或窗口加工），粗加工先选定Φ16mm键铣刀，刀具参数为：
转速为1500r/min，进给量为200mm/s，轴向深度为3mm，径向深度为3mm，跨度为8mm，退刀高度为20mm，粗加工余量为1.5mm，扫描类型为“螺旋”。
再次分别选用Φ12mm和Φ8mm刀具（刀具参数按实际设定）进行粗加工。
另外可以按照高速加工方式，只需要选择已经设定好并保存过的刀具即可设定关联参数。
（4）选择加工元素，创建体积块、窗口加工（这里假定底部虎钳装夹，无需二次装夹和对刀）。
（5）生成刀轨并观察加工仿真。
（6）确认粗加工无误后，按照上述步骤进行精加工，加工余量设定为0mm，其他设定和前述一致。
（7）仿真查看，确认所有工序无误后，选中所有工序进行后处理（详细过程不再赘述），生成G代码用于数控机床加工。
三、高效加工的实现 ProE/NC的工艺流程与工艺路线规划需要员工的专业素养，而高效加工是基于ProE/NC软件的本身特点来实现的，应用它和机械加工专业知识配合起来才能实现高效加工。
要实现高效加工的首要条件是建立符合要求的加工模板、刀具库和关键参数设定。
（1）前期工作。
在config.pro文件中配置一个自己完全清楚的NC模板、刀具库路径和参数库路径（表1）。
设置完成后，在后来的加工操作中，相应的参数文件、刀具文件和NC后处理生成文件在保存或生成时均会存入相应文件夹中（应确保在相应目录建立相应正确的文件夹）。
（2）定制符合国标或企标的NC模板。
打开软件自带模板mmns_mfg_nc.asm，定义机床设置（接受3轴铣切），先后定义刀轨颜色、名称、安全高度、刀具类型、刀具名称和实际加工的切削用刀具号等，完成后，再建立NC输出通用文本格式。
通用格式的好处在于规范每个NC加工G代码的格式：
点击机床设置对话框中机床后处理选项右侧的“打印（PPrint）”按钮，定义输出NC序列的格式，然后选择“新建”选项并选择程序序列名称（NC_Sequence_Name）、序列类型（Sequence_type）、退刀高度（Retract_heigh）、刀具名称（Tool_Name）、刀具类型（Tool_Type）、刀位号（Tool_Position_Number）以及刀具参数（Tool_Parameters）等7个选项，均点选“是”，最后选择“确定”，自定义完成后如图4所示。
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（3）加工顺序（粗加工/精加工）为：
内腔上层→内腔下层→外部四角台阶。
具体地，工艺路线实施步骤为如下。
（1）以上述模型为参考模型，创建工件（因普通铣床已经加工了六面，故不再需要加工顶面，工件和参考模型外形尺寸相同）。
（2）机床设定，重点包括换刀时间（4s）、零点坐标设定（缺省坐标系或选择上顶面某角建立新坐标系）和安全退刀高度（沿Z轴20mm）。
保存后，进入加工环境，只需点选加工原点坐标系即可，这种方法可以简化偏移过程，提高效率。
在使用保存的定制NC模板时，如果Z零面（取决于用户选择的坐标系，最好和机床一致，当然也可以选用另外两种退刀类型）不是工件的最高面，则需要修改Z高度值，如图5所示（也就是安全高度的设置）。
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本帖最后由chuyxg于2012-10-1607:
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（3）材质库的建立。
在操作设置中可以输入材质的各项参数，建立材质库（图6），也可以按照格式手工导入材质库，这样在刀具库中可以设置同一刀具对应不同材质工件的切削参数。
（4）建立刀具库。
在“刀具设置（toolsetup）”对话框中，可以设定各刀具在粗加工和精加工等不同工序情况下对应的各种工件材质相关切削参数，并关联存储，在创建NC序列时，可以直接使用。
如图7、图8所示。
（3）材质库的建立。
在操作设置中可以输入材质的各项参数，建立材质库（图6），也可以按照格式手工导入材质库，这样在刀具库中可以设置同一刀具对应不同材质工件的切削参数。
（4）建立刀具库。
在“刀具设置（toolsetup）”对话框中，可以设定各刀具在粗加工和精加工等不同工序情况下对应的各种工件材质相关切削参数，并关联存储，在创建NC序列时，可以直接使用。
如图7、图8所示。
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（3）材质库的建立。
在操作设置中可以输入材质的各项参数，建立材质库（图6），也可以按照格式手工导入材质库，这样在刀具库中可以设置同一刀具对应不同材质工件的切削参数。
（4）建立刀具库。
在“刀具设置（toolsetup）”对话框中，可以设定各刀具在粗加工和精加工等不同工序情况下对应的各种工件材质相关切削参数，并关联存储，在创建NC序列时，可以直接使用。
如图7、图8所示。
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（3）加工顺序（粗加工/精加工）为：
内腔上层→内腔下层→外部四角台阶。
具体地，工艺路线实施步骤为如下。
（1）以上述模型为参考模型，创建工件（因普通铣床已经加工了六面，故不再需要加工顶面，工件和参考模型外形尺寸相同）。
（3）材质库的建立。
在操作设置中可以输入材质的各项参数，建立材质库（图6），也可以按照格式手工导入材质库，这样在刀具库中可以设置同一刀具对应不同材质工件的切削参数。
（4）建立刀具库。
在“刀具设置（toolsetup）”对话框中，可以设定各刀具在粗加工和精加工等不同工序情况下对应的各种工件材质相关切削参数，并关联存储，在创建NC序列时，可以直接使用。
如图7、图8所示。
（5）建立刀具的关联关系式。
可以在参数设置中直接调用，如刀具参数的数学表达式示例：
“Step_over=cutter_Dim/2”和“Arc_feed=Cut_feed*5”等。
表2列出了对应的部分切削数据和杂项数据的刀具参数。
在参数设置中的应用方式如图9所示。
（6）使用为刀具设定的切削数据。
在NC序列中使用刀具时，系统不会自动使用随刀具一起存储的进给量和速度作为NC序列的刀具进给量和速度。
使用者可在“参数树”（Paramtree）对话框中设置制造参数时，单击“编辑（Edit）→从刀具复制”（Copyfromtool）并选取是否复制“全部（All）”参数，还是只复制“速度（Speed）”、“进给量（feed）”或者“深度（depth）”，最后选取是否需要“粗加工（Roughing）”或“精加工（finishing）”的参数值。
（7）建立调用工具、模块以及暂停式快捷键（宏）。
在菜单工具（T）→映射键（M）中设置调用工具、模块等快捷键，可以在建立序列等情况下执行快捷操作，暂停式快捷键用法是在仿真加工中随时中断仿真，以便查看细节，返回并修正参数设置。
需要指出的是：
快捷键的建立和使用是在熟悉整个加工流程后，并且能够确保不会出错的情况下所采用的快捷操作方式。
四、加工设置中工艺处理细节总结 为了实现高速、高效加工，笔者下面总结了一些容易出错的细节设置和实现方式与读者交流。
.
（1）进刀方式的选择。
粗加工开放区域采用侧壁进刀，而封闭区域则采用斜向下刀方式，好处是加工效率高，可有效提高刀具寿命。
（2）粗加工和二次粗加工均可归属于高速加工范围，在实际的加工中需要在进退刀参数栏中给“Pullout_dist”控制字设定一个合理值，它是用于每加工一切削层或一区域后，以G01提刀的高度值，再以G00快速进给到另一加工区域，并且这一值往往与退刀过切有关。
（3）曲面加工方式的选择，决定于加工工件的曲面走势以及外形。
一般来说，实际加工中至少90%的曲面加工采用平行切削，但如果加工对象是球面则最好采用切削线加工，进刀方式为螺旋进刀。
圆角曲面加工用切削线不错，采用环绕式加工也较好。
（4）工件顶部曲面侧面圆弧过渡，顶部采用45°平行光刀（对角线加密），侧壁用轮廓加工，采用圆弧进刀以S形沉降到下一切削层。
这样的轮廓加工只有一个进刀弧和一个出刀弧，可用于高速加工。
45°平行光刀（对角线加密）方式，一般CAM软件都是通过指定扇形高度值来控制走刀步距，ProE/NC也一样，且可以排除不需要加密的曲面，如果对整个曲面加密的话会造成加工时间过长，效率变低。
如果45°走刀，只会在加工起点和终点陡面处刀纹较粗，可以通过ProE/NC的排除扇面功能（Scallopsrf）来指定希望加密的地方。
具体为：
NC序列指定完成后，进入设置序列菜单，在主菜单上点击“选择所有”，然后再点击“移除”，使用光标选择曲面，则该面即为将要加密的面。
（5）ProE/NC粗加工和二次粗加工默认均需进刀弧和退刀弧，且为刀具的半径，如此加工型腔时，必须满足2倍刀具直径以上并且加上加工余量方可下刀，这时才不会发生顶刀和由于排屑不畅引起崩刀和啃刀。
（6）一把刀具的材料是确定的，如需要与不同工件材料相关联就需要设置相关的参数和参数公式，设置完成后，同一把刀加工不同的材料，加工参数会按照用户选定的加工材料不同而改变。
（6）一把刀具的材料是确定的，如需要与不同工件材料相关联就需要设置相关的参数和参数公式，设置完成后，同一把刀加工不同的材料，加工参数会按照用户选定的加工材料不同而改变。
五、结语 ProE/NC模块在使用中简洁高效，但是只有遵循其工艺处理与规范才能起到强大的作用。
本文初步论述了相关知识，并且涉及到了在实践中提高效率的方法，能够有效地减少人为加工错误。
以上措施的设定需要深入地结合到各个加工步骤中，体现在加工工艺实施的整个过程，掌握原则后细化各个步骤即可快速掌握并提高ProE/NC的使用水平。
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