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(jìn)，但ProE/NC知識點很多，還是易學(xué)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(shè)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(yīng)用中的一些工藝處理規(guī)范，從而實現(xiàn)應(yīng)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(jī)床控制運動的G代碼，再傳遞到數(shù)控機(jī)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(shè)置。

　　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(dá)到加工表面粗糙度要求，所以當(dāng)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(yīng)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(jìn)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(rèn)設(shè)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(jī)床前，應(yīng)盡量安排普通機(jī)床進(jìn)行粗加工，確定第基準(zhǔn)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(shè)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(jī)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(yù)先建立全部數(shù)據(jù)庫，可直接進(jìn)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(yīng)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(jī)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。

　　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(jī)床設(shè)定，重點包括換刀時間(4s)、零點坐標(biāo)設(shè)定(缺省坐標(biāo)系或選擇上頂面某角建立新坐標(biāo)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(jìn)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(shè)定）進(jìn)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(shè)定好并保存過的刀具即可設(shè)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(rèn)粗加工無誤后，按照上述步驟進(jìn)行精加工，加工余量設(shè)定為0mm，其他設(shè)定和前進(jìn)一致。

　　(7)仿真查看，確認(rèn)所有工序無誤后，選中所有工序進(jìn)行后處理（詳細(xì)過程不再贅述），生成G代碼用于數(shù)控機(jī)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(yīng)用它和機(jī)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(shè)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(shè)置完成后，在后來的加工操作中，相應(yīng)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(yīng)文件夾中(應(yīng)確保在相應(yīng)目錄建立相應(yīng)正確的文件夾)。

　　(2)定制符合國標(biāo)或企標(biāo)的NC模板。打開軟件自帶模板mmns_mfg_nc.asm，定義機(jī)床設(shè)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(jī)床設(shè)置對話框中機(jī)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。

　　保存后，進(jìn)入加工環(huán)境，只需點選加工原點坐標(biāo)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(biāo)系，最好和機(jī)床一致，當(dāng)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(shè)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(dǎo)入材質(zhì)庫，這樣在刀具庫中可以設(shè)置同一刀具對應(yīng)不同材質(zhì)工件的切削參數(shù)。

　　(4)建立刀具庫。在“刀具設(shè)置(toolsetup)”對話框中，可以設(shè)定各刀具在粗加工和精加工等不同工序情況下對應(yīng)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(shè)置中直接調(diào)用，如刀具參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式示例：“Step_over=cutter_Dim/2”和“Arc_feed=Cut_feed*5”等。表2列出了對應(yīng)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(shè)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(jìn)給量和速度作為NC序列的刀具進(jìn)給量和速度。使用者可在“參數(shù)樹“(Paramtree)對話框中設(shè)置制造參數(shù)時，單擊“編輯(Edit)→從刀具復(fù)制”(Copy from tool)并選取是否復(fù)制“全部(All)”參數(shù)，還是只復(fù)制”速度(Speed)”、“進(jìn)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(shè)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(xì)節(jié)，返回并修正參數(shù)設(shè)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(shè)置中工藝處理細(xì)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(xì)節(jié)設(shè)置和實現(xiàn)方式與讀者交流。

　　(1)進(jìn)刀方式的選擇。粗加工開放區(qū)域采用側(cè)壁進(jìn)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(jìn)退刀參數(shù)欄中給“Pullout_dist”控制字設(shè)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(jìn)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(jìn)刀方式為螺旋進(jìn)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(jìn)刀以S形沉降到下一切削層。這樣的輪廓加工只有一個進(jìn)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(jìn)入設(shè)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(biāo)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(rèn)均需進(jìn)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(shè)置相關(guān)的參數(shù)和參數(shù)公式，設(shè)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(qiáng)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(shè)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(xì)化各個步驟即可快速掌握并提高ProE/NC的使用水平。