淺析proe數控加工中的參數設置

2013-05-14 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

王忠來源:萬方數據
關鍵字:proeNGINEER 數控加工計算機輔助設計計算機輔助制
數控加工中的參數設置是數控加工工藝中的重要內容,它不僅影響數控機床的加工效率、待加工工件的加工精度,而且直接影響加工機床的使用壽命。當前,采用CAD/CAM技術,在計算機上完成加工模型的設計、制造工藝的制定及編程并在數控加工中直接利用CAD的設計數據聯(lián)機加工已日益普及,文章主要分析和探討Pro/NC軟件環(huán)境下數控加工的參數設置。

proeNGINEER是由美國PTC公司研制的一套CAD/CAE/CAM軟件,是目前國內外最為流行的3D CAD/CAE/CAM軟件之一,在Pro/NC中設置加工參數不僅需要熟悉Pro/NC加工的設置流程及各加工參數的確切含義,更重要的是要熟悉數控加工編程中工藝參數的選擇對加工質量的影響,否則不僅不能保證產品質量,而且容易導致過切等現象,甚至損壞加工設備,給生產單位造成重大損失。本文介紹了Pro/NO加工的一般流程和常用參數的含義,分析和探討了Pro/NC軟件環(huán)境中工藝參數的設定方法和原則。

一Pro/NC制造過程操作流程

proeNGINEER目前的流行版本為wildfire 3.0,其NC模塊由Pro/NC-MILL、Pw/NC-TURN、Pro/NC-WEDM、PDo/NC-ADVANCED幾個小模塊組成,用戶在使用時,并不需要去分辨當前是在哪一個模塊下操作,只需在操作界面中根據加工需要進行設置,系統(tǒng)會自動調用相應的模塊去處理。

proeNGINEER能夠生成數控加工的全過程,其工作過程是利用計算機(CAD)的圖形編輯功能,將零件的幾何圖形繪制到計算機上,形成零件的圖形文件,然后直接調用計算機內相應的數控編程模塊,進行刀具軌跡處理(即建立操作及定義NC工序。建立操作用于設置機床類型、刀具類型、機床坐標和退刀面的位置等,而定義NC工序用于設置待加工的曲面以及切削參數,每一個操作定義了若干個關聯(lián)的NC工序),由計算機對零件加工軌跡的每個節(jié)點進行計算和數學處理,從而在生成刀位數據文件后,進行相應的后處理,自動生成數控加工程序,并在計算機上動態(tài)地顯示刀具的加工軌跡圖形H1。在加工設備不變的條件下,實際上問題的關鍵是刀具的選擇與切削用量的確定。

二、選擇刀具和安排刀具排列順序的基本原捌

(一)選擇刀具

數控加工刀具必須適應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點,一般應包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機床動力頭上,因此已逐漸標準化和系列化。proeNGINEER 3.0的NC模塊中,刀具的類型、幾何參數及材料等可在"刀具設定"窗口中的"普通"選項卡中設置,在選擇刀具時,應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素來確定刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是:安裝調整方便,剛性好,耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下,由大到小,盡量選擇較短的刀柄,以提高刀具加工的剛性。除此之外,選擇刀具還應注意以下幾個方面:對于凹形表面,在半精加工和精加工時,應選擇球頭刀,以得到好的表面質量,但在粗加工時宜選擇平端立銑刀或圓角立銑刀,這是因為球頭刀切削條件較差;對凸形表面,粗加工時一般選擇平端立銑刀或圓角立銑刀,但在精加工時宜選擇圓角立銑刀,這是因為圓角銑刀的幾何條件比平端立銑刀好;對帶脫模斜度的側面,宜選用錐度銑刀,雖然采用平端立銑刀通過插值也可以加工斜面,但會使加工路徑變長而影響加工效率,同時會加大刀具的磨損而影響加工的精度?？傊?要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。

生產中,平面零件周邊輪廓的加工,常采用立銑刀;銑削平面時,應選硬質合金刀片銑刀;加工凸臺、凹槽時,選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時,可選取鑲硬質合金刀片的玉米銑刀;對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工,常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。

在進行自由曲面加工時,由于球頭刀具的端部切削速度為零,因此,為保證加工精度,切削行距一般取得很密,故球頭常用于曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀,因此,只要在保證不過切的前提下,無論是曲面的粗加工還是精加工,都應優(yōu)先選擇平頭刀。另外,刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大,必須引起注意的是,在大多數情況下,選擇好的刀具雖然增加了刀具成本,但由此帶來的加工質量和加工效率的提高,則可以使整個加工成本大大降低。

(二)安排刀具排列順序

在經濟型數控加工中,由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行,占用輔助時間較長,因此,必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則:1)盡量減少刀具數量;2)一把刀具裝夾后,應完成其所能進行的所有加工部位;3)粗精加工的刀具應分開使用,即使是相同尺寸規(guī)格的刀具;4)先銑后鉆;5)先進行曲面精加工,后進行二維輪廓精加工;6)在可能的情況下,應盡可能利用數控機床的自動換刀功能,以提高生產效率等。

在保存切削刀具設置時,Pro/NC會將其保存為.tpm文件格式,并將其存放在由"Pro_mf_tprm_dir"配置選項所指定的目錄下。它是-個文本文件,如果熟悉其語句格式,不僅可以直接編輯這個刀具設置文件,而且可以在"刀具設定"界面的文件菜單中將自己常用的刀具建成刀具庫。

三切削用量的確定

Pro/NC中切削用量的設置在菜單管理器【制造參數】菜單中的【設置】子菜單中完成。設置時應根據我們預先擬定的加工工藝參數輸入相應的值。合理選擇切削用量的原則是:粗加工時。一般以提高生產率為主,但也應考慮經濟性和加工成本;半精加工和精加工時,應在保證加工質量的前提下,兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊,并結合經驗而定。Pro/NC提供了類型豐富參數設置功能,常見的參數有:

(一)切削深度t(Pro/NC中稱其為"步長深度")

在機床、工件和刀具剛度允許的情況下,t就等于加工余量,這是提高生產率的-個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度,一般應留一定的余量進行精加工。數控機床的精加工余量可略小于普通機床。

(二)切削寬度L(Pro/NC中稱其為"跨度。)

一般L與刀具直徑d成正比,與切削深度成反比。經濟型數控加工中,一般L的取值范圍為:L=(0.5-0.8)d。其值越小,切削線就越密。

(三)切削速度v

提高v也是提高生產率的一個措施,但v與刀具耐用度的關系比較密切。隨著v的增大,刀具耐用度急劇下降,故v的選擇主要取決于刀具耐用度。另外,切削速度與加工材料也有很大關系,例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2MoVA時。v可采用8m/min左右;而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時,v可選200m/min以上。

(四)主軸轉速n l Pm/NC中稱其為。SPINDLE-SPEED"-單位為r/min)

    主軸轉速一般根據切削速度v來選定。計算公式為:n=v/πd(r/min),式中。d為刀具或工件直徑(mm)。

(五)進給速度vF(Pro/NC中稱其為。CUT_FEED。)

vF應根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。vF的增加也可以提高生產效率。加工表面粗糙度要求低時,vF可選擇得大些。但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統(tǒng)性能等的限制。除了上述參數外,在設置加工參數時經常見到的設置選項還有很多,只有充分理解這些參數的確切含義才能準確無誤進行設置,如:"PROF_STOCK_ALLOW"用于設置加工余量,這部分的設置等于同時指定X、Y、Z三個方向的加工余量,如果X、Y、Z三個方向的加工余量都一致,那就設置此項,而。允許的未加工毛坯"和"允許的底部線框"等兩項就不用再設了;"允許的未加工毛坯"用于設置粗加工的加工余量,此值等同于同時指定X、Y兩個方向的值。當X、Y兩個方向的加工余量和z方向的加工余量不同時,就要設置此項和下面我們要三切削用量的確定Pro/NC中切削用量的設置在菜單管理器【制造參數】菜單中的【設置】子菜單中完成。設置時應根據我們預先擬定的加工工藝參數輸入相應的值。合理選擇切削用量的原則是:粗加工時。一般以提高生產率為主,但也應考慮經濟性和加工成本;半精加工和精加工時,應在保證加工質量的前提下,兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊,并結合經驗而定。

Pro/NC提供了類型豐富參數設置功能,常見的參數有:

    (一)切削深度t(Pro/NC中稱其為"步長深度")

    在機床、工件和刀具剛度允許的情況下,t就等于加工余量,這是提高生產率的-個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度,一般應留一定的余量進行精加工。數控機床的精加工余量可略小于普通機床。

    (二)切削寬度L(Pro/NC中稱其為"跨度。)

    一般L與刀具直徑d成正比,與切削深度成反比。經濟型數控加工中,一般L的取值范圍為:L=(O.5-0.8)d。其值越小,切削線就越密。

    (三)切削速度v

    提高v也是提高生產率的一個措施,但v與刀具耐用度的關系比較密切。隨著v的增大,刀具耐用度急劇下降,故v的選擇主要取決于刀具耐用度。另外,切削速度與加工材料也有很大關系,例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2MoVA時。v可采用8m/min左右;而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時,v可選200m/min以上。

    (四)主軸轉速n ( Pro/NC中稱其為。SPINDLE-SPEED"-單位為r/min)

    主軸轉速一般根據切削速度v來選定。計算公式為:n=v/πd(r/min),式中。d為刀具或工件直徑(mm)。

    (五)進給速度vF(Pro/NC中稱其為。CUT_FEED。)

vF應根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。vF的增加也可以提高生產效率。加工表面粗糙度要求低時,vF可選擇得大些。但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統(tǒng)性能等的限制。

除了上述參數外,在設置加工參數時經常見到的設置選項還有很多,只有充分理解這些參數的確切含義才能準確無誤進行設置,如:"PROF_STOCK_ALLOW"用于設置加工余量,這部分的設置等于同時指定X、Y、Z三個方向的加工余量,如果X、Y、Z三個方向的加工余量都一致,那就設置此項,而。允許的未加工毛坯"和"允許的底部線框"等兩項就不用再設了;"允許的未加工毛坯"用于設置粗加工的加工余量,此值等同于同時指定X、Y兩個方向的值。當X、Y兩個方向的加工余量和z方向的加工余量不同時,就要設置此項和下面我們要講到的"允許的底部線框",在精銑階段。

該項通常為"0";。允許的底郝線框"指z軸方向的加工余量,當X、Y兩個方向的加工余量和z方向的加工余量不同時,就要設置此項和"允許的未加工毛坯";"切割角"指刀具路徑與x軸的夾角;"掃描類型"用于設置加工區(qū)域軌跡的拓撲結構等等。

隨著數控機床在生產實際中的廣泛應用,數控編程已經成為數控加工中的關鍵問題之一。在數控程序的編制過程中,要在人機交互狀態(tài)下即時選擇刀具和確定切削用量。因此,編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的確定原則,從而保證零件的加工質量和加工效率,充分發(fā)揮數控機床的優(yōu)點,提高企業(yè)的經濟效益。