一、引言

　　ProE/NC模塊是Pro/ENGINEER軟件用于制造加工的核心模塊，其特點是簡潔高效，然而市場上正規(guī)的教材也只是講述其基本概念和簡單實例，和實際使用需求有差距。雖然現(xiàn)在新版本的Pro/ENGINEER軟件已經(jīng)做出了許多改進，但ProE/NC知識點很多，還是易學難精。ProE/NC遵循Pro/ENGINEER軟件本身的特點，即單一關(guān)系式數(shù)據(jù)庫設計。本文的目的就是在這種特性的基礎(chǔ)上建立起ProE/NC在CAM應用中的一些工藝處理規(guī)范，從而實現(xiàn)應用的簡潔高效。

二、工藝路線與規(guī)劃

　　ProE/NC是以Pro/ENGINEER為基礎(chǔ)，通過建立或?qū)О薈AO三維模型，由CAM創(chuàng)建數(shù)控加工刀位軌跡，并經(jīng)過計算、仿真和后處理生成用于數(shù)控機床控制運動的G代碼，再傳遞到數(shù)控機床上完成工件對象加工，其工藝流程如圖1所示。明確CAM工藝流程后，需要制定工藝路線規(guī)劃和加工工藝。在工藝路線規(guī)劃中明確從粗加工到精加工的整個流程以及加工余量的分配，在加工工藝中明確切削方式、刀具選擇或創(chuàng)建，以及相關(guān)工藝參數(shù)的設置。

圖1 ProE/NC加工流程圖

　　對工件的加工工藝方案分析，包括加工對象的材質(zhì)、形狀和加工區(qū)域。加工對象的材質(zhì)決定了加工刀具的選擇，形狀的變化決定了何種加工方法更高效，而加工區(qū)域需要明確分區(qū)加工原則。

　　分區(qū)加工分兩種情況，第一種情況，是加工表面形狀差異。眾所周知，球面、斜面等曲面加工需選用球頭銑刀類才能達到加工表面粗糙度要求，所以當斜面和水平面相連接時，不能直接選用面銑刀完成加工，而應分區(qū)加工，斜面用球刀，平面用面銑刀完成。第二種情況，是在同一加工平面區(qū)域尺寸有較大差異時，需要分區(qū)域選用不同大小的刀具進行加工。大尺寸區(qū)域選用較大直徑刀具，小尺寸區(qū)域選用較小直徑刀具，以求提高效率。在ProE/NC中，用戶會發(fā)現(xiàn)：默認設置下，刀具不會加工小于它直徑尺寸的區(qū)域，故必須選用較小尺寸刀具才能完成加工。

　　一般加工工藝路線規(guī)劃原則以及實施規(guī)范如下。

　　(1)上數(shù)控機床前，應盡量安排普通機床進行粗加工，確定第基準面，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設定。

　　(3)加工元素先小后大，先內(nèi)后外實施加工。

一般加工工藝方式選擇以及實施方案規(guī)范如下。

　　(1)建立制造數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫包括了工廠現(xiàn)有可用數(shù)控機床以及配套的專用、通用刀具表和夾具表等的配置地址和相關(guān)參數(shù)，此步驟為可選步驟。如果不想預先建立全部數(shù)據(jù)庫，可直接進入加工過程，然后在真正需要時定義上述任何項，但是此步驟的好處是顯而易見的，它能夠為高效加工提供保障。

　　(2)定義一個正確的操作。

　　(3)為指定操作定義、創(chuàng)建NC序列。

　　(4)創(chuàng)建材料去除特征。

　　(5)確定與編程有關(guān)的誤差環(huán)節(jié)和誤差控制參數(shù)，保證數(shù)控加工參數(shù)和實際加工精度(包括對加工余量的控制)。

　　(6)安全控制，包括退刀面選擇和走刀避讓區(qū)域等。

　　下面通過ProE/NC應用實例來詮釋上述內(nèi)容。

　　工件簡圖如圖2所示，按照一般加工工藝路線規(guī)劃原則以及實施規(guī)范，先在普通機床上加工工件六面到尺寸，再上加工中心加工。在Pro/ENGINEER中建立三維模型（圖3）。

圖2 工件簡圖

圖3 工件三維圖

　　以下為筆者提供的工藝加工路線分析步驟。

　　(1)加工對象：模型內(nèi)腔和外部四角圓弧臺階。

　　(2)刀具選擇：內(nèi)腔依次選用鍵銑刀φ16mm、φ12mm和φ8mm，外部四角選用φ16mm鍵銑刀。

　　(3)加工順序(粗加工／精加工)為：內(nèi)腔上層→內(nèi)腔下層→外部四角臺階。

　　具體地，工藝路線實施步驟為如下。

　　(1)以上述模型為參考模型，創(chuàng)建工件(因普通銑床已經(jīng)加工了六面，故不再需要加工頂面，工件和參考模型外形尺寸相同)。

　　(2)機床設定，重點包括換刀時間(4s)、零點坐標設定(缺省坐標系或選擇上頂面某角建立新坐標系)和安全退刀高度(沿Z軸20mm)。

　　(3)選擇加工方式(體積塊或窗口加工)，粗加工先選定φ16mm鍵銑刀，刀具參數(shù)為：轉(zhuǎn)速為1500r/min，進給量為200mm/s，軸向深度為3mm，徑向深度為3mm，跨度為8mm，退刀高度為20mm，粗加工余量為1.5mm，掃描類型為“螺旋”。再次分別選用φ12mm和φ8mm刀具（刀具參數(shù)按實際設定）進行粗加工。另外可以按照高速加工方式，只需要選擇已經(jīng)設定好并保存過的刀具即可設定關(guān)聯(lián)參數(shù)。

　　(4)選擇加工元素，創(chuàng)建體積塊、窗口加工（這里假定底部虎鉗裝夾，無需二次裝夾和對刀）。

　　(5)生成刀軌并觀察加工仿真。

　　(6)確認粗加工無誤后，按照上述步驟進行精加工，加工余量設定為0mm，其他設定和前進一致。

　　(7)仿真查看，確認所有工序無誤后，選中所有工序進行后處理（詳細過程不再贅述），生成G代碼用于數(shù)控機床加工。

三、高效加工的實現(xiàn)

　　ProE/NC的工藝流程與工藝路線規(guī)劃需要員工的專業(yè)素養(yǎng)，而高效加工是基于ProE/NC軟件的本身特點來實現(xiàn)的，應用它和機械加工專業(yè)知識配臺起來才能實現(xiàn)高效加工。

　　要實現(xiàn)高效加工的首要條件是建立符臺要求的加工模板、刀具庫和關(guān)鍵參數(shù)設定。

　　(1)前期工作。在config.pro文件中配置一個自己完全清楚的NC模板、刀具庫路徑和參數(shù)庫路徑(表1)。設置完成后，在后來的加工操作中，相應的參數(shù)文件、刀具文件和NC后處理生成文件在保存或生成時均會存入相應文件夾中(應確保在相應目錄建立相應正確的文件夾)。

　　(2)定制符合國標或企標的NC模板。打開軟件自帶模板mmns_mfg_nc.asm，定義機床設置(接受3軸銑切)，先后定義刀軌顏色、名稱、安全高度、刀具類型、刀具名稱和實際加工的切削用刀具號等，完成后，再建立NC輸出通用文本格式。通用格式的好處在于規(guī)范每個NC加工G代碼的格式-點擊機床設置對話框中機床后處理選項右側(cè)的“打印(PPrint)”按鈕，定義輸出NC序列的格式，然后選擇“新建”選項并選擇程序序列名稱(NC_Sequence_Name)、序列類型(Sequence_type)、退刀高度(Retract_heigh)、刀具名稱(Tool_Name)、刀具類型(Tool_Type)、刀位號(Tool_Position_Number)以及刀具參數(shù)(Tool_Parameters)等7個選項，均點選“是”，最后選擇“確定”，自定義完成后如圖4所示。

　　設置的NC格式示例如下。

　　保存后，進入加工環(huán)境，只需點選加工原點坐標系即可，這種方法可以簡化偏移過程，提高效率。

　　在使用保存的定制NC模板時，如果Z零面(取決于用戶選擇的坐標系，最好和機床一致，當然也可以選用另外兩種退刀類型)不是工件的最高面，則需要修改Z高度值。 

　　(3)材質(zhì)庫的建立。在操作設置中可以輸入材質(zhì)的各項參數(shù)，建立材質(zhì)庫，也可以按照格式手工導入材質(zhì)庫，這樣在刀具庫中可以設置同一刀具對應不同材質(zhì)工件的切削參數(shù)。

　　(4)建立刀具庫。在“刀具設置(toolsetup)”對話框中，可以設定各刀具在粗加工和精加工等不同工序情況下對應的各種工件材質(zhì)相關(guān)切削參數(shù)，并關(guān)聯(lián)存儲，在創(chuàng)建NC序列時，可以直接使用。　　

(5)建立刀具的關(guān)聯(lián)關(guān)系式?？梢栽趨?shù)設置中直接調(diào)用，如刀具參數(shù)的數(shù)學表達式示例：“Step_over=cutter_Dim/2”和“Arc_feed=Cut_feed*5”等。對應的部分切削數(shù)據(jù)和雜項數(shù)據(jù)的刀具參數(shù)。

　　　(6)使用為刀具設定的切削數(shù)據(jù)。在NC序列中使用刀具時，系統(tǒng)不會自動使用隨刀具一起存儲的進給量和速度作為NC序列的刀具進給量和速度。使用者可在“參數(shù)樹“(Paramtree)對話框中設置制造參數(shù)時，單擊“編輯(Edit)→從刀具復制”(Copy from tool)并選取是否復制“全部(All)”參數(shù)，還是只復制”速度(Speed)”、“進給量(feed)”或者“深度(depth)”，最后選取是否需要“粗加工(Roughing)”或“精加工(finishing)”的參數(shù)值。

　　(7)建立調(diào)用工具、模塊以及暫停式快捷鍵(宏)。在菜單工具(T)→映射鍵(M)中設置調(diào)用工具、模塊等快捷鍵，可以在建立序列等情況下執(zhí)行快捷操作，暫停式快捷鍵用法是在仿真加工中隨時中斷仿真，以便查看細節(jié)，返回并修正參數(shù)設置。需要指出的是快捷鍵的建立和使用是在熟悉整個加工流程后，并且能夠確保不會出錯的情況下所采用的快捷操作方式。

四、加工設置中工藝處理細節(jié)總結(jié)

　　為了實現(xiàn)高速、高效加工，筆者下面總結(jié)了一些容易出錯的細節(jié)設置和實現(xiàn)方式與讀者交流。

　　(1)進刀方式的選擇。粗加工開放區(qū)域采用側(cè)壁進刀，而封閉區(qū)域則采用斜向下刀方式，好處是加工效率高，可有效提高刀具壽命。

　　(2)粗加工和二次粗加工均可歸屬于高速加工范圍，在實際的加工中需要在進退刀參數(shù)欄中給“Pullout_dist”控制字設定一個合理值，它是用于每加工-切削層或-區(qū)域后，以G01提刀的高度值，再以G00快速進給到另一加工區(qū)域，并且這一值往往與退刀過切有關(guān)。

　　(3)曲面加工方式的選擇，決定于加工工件的曲面走勢以及外形。一般來說，實際加工中至少90%的曲面加工采用平行切削，但如果加工對象是球面則最好采用切削線加工，進刀方式為螺旋進刀。圓角曲面加工用切削線不錯，采用環(huán)繞式加工也較好。

　　(4)工件頂部曲面?zhèn)让鎴A弧過渡，頂部采用45°平行光刀(對角線加密)，側(cè)壁用輪廓加工，采用圓弧進刀以S形沉降到下一切削層。這樣的輪廓加工只有一個進刀弧和一個出刀弧，可用于高速加工。45°平行光刀(對角線加密)方式，一般CAM軟件都是通過指定扇形高度值來控制走刀步距，ProE/NC也一樣，且可以排除不需要加密的曲面，如果對整個曲面加密的話會造成加工時間過長，效率變低。如果45°走刀，只會在加工起點和終點陡面處刀紋較粗，可以通過ProE/NC的排除扇面功能(Scallopsrf)來指定希望加密的地方。具體為：NC序列指定完成后，進入設置序列菜單，在主菜單上點擊“選擇所有”，然后再點擊“移除”，使用光標選擇曲面，則該面即為將要加密的面。

　　(5)ProE/NC粗加工和二次粗加工默認均需進刀弧和退刀弧，且為刀具的半徑，如此加工型腔時，必須滿足2倍刀具直徑以上并且加上加工余量方可下刀，這時才不會發(fā)生頂?shù)逗陀捎谂判疾粫骋鸨赖逗涂械丁?/span>

　　(6)一把刀具的材料是確定的，如需要與不同工件材料相關(guān)聯(lián)就需要設置相關(guān)的參數(shù)和參數(shù)公式，設置完成后，同一把刀加工不同的材料，加工參數(shù)會按照用戶選定的加工材料不同而改變。

五、結(jié)語

　　ProE/NC模塊在使用中簡潔高效，但是只有遵循其工藝處理與規(guī)范才能起到強大的作用。本文初步論述了相關(guān)知識，并且涉及到了在實踐中提高效率的方法，能夠有效地減少人為加工錯誤。以上措施的設定需要深入地結(jié)合到各個加工步驟中，體現(xiàn)在加工工藝實施的整個過程，掌握原則后細化各個步驟即可快速掌握并提高ProE/NC的使用水平。