说明书基于PROE的玩具汽车结构设计论文

1、. . . . 毕业设计（论文） 基于PROE的玩具汽车结构设计19 / 21基于PROE的玩具汽车结构设计摘要 逆向工程技术是数字化与快速响应制造大趋势下的一项重要技术，是CAD领域中的一个相对独立的畴。逆向工程是一项开拓性、综合性、实用性较强的技术，逐渐成为产品开发中不可或缺的一环。逆向工程能够提高设计精度，获得较高的模型质量，缩短设计和制造周期，具有广阔的应用前景，因此受到各国工业界和学术界的高度重视。本文研究了逆向工程的关键技术，并应用于玩具车。逆向工程的关键技术包括：数据获取、数据处理和模型重建。通过对数据处理方法进行研究，得到数据处理的一般流程。根据玩具车的特点，采用逆向工程方法完

2、成模型重建工作。 研究表明，采用逆向工程的方法完成玩具车的模型，可以获得较高的模型质量，提高效率，是一种行之有效的方法，具有重要的实际意义和较高的应用价值。1引言 PRO/E是由美国参数科技公司（PTC）开发，是一个全方位的三维产品开发综合性软件，集成了零件设计、产品、装配、模具开发、数控加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、自动测量、机构仿真、应力分析、电路布线等功能模块与一体。广泛应用与电子、机械、模具、工艺设计、汽车、航天、服装等行业。是当今世纪最为流行的CAD/CAM软件之一。PRO/NC模块能生成驱动数控机床加工PRO/E零件所必须的数据和信息，能够生成数控加工的全过成。PRO/E系

3、统的全相关统一数据库能将设计模型变化体现到加工信息当中去,利用它所提供的工具将设计模型处理成ASCII码刀位数据文件，这些文件经过后处理变成数据加工数据。PRO/NC生成的数控加工文件包括刀位数据文件、刀具清单、操作报告、中间模型、机床控制文件等。 PRO/NC模块应用围比较广，包括数控车、数控铣、加工中心等。 制造业是国民经济的命脉，机械制造业又是制造业中的支柱与核心。在现代社会生产领域中，计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助管理以与将它们有机地集成起来的计算机集成制造(CIM)已经成为现代企业科技进步和实现现代化的标志。用计算机辅助制造工程技术对我国传统产业进行改造，是我国制造业走向

4、世界、走向现代化的必由之路。在国际竞争日益激烈的今天，作为计算机辅助制造工程技术基础的数控加工技术在机械制造业中的地位显得愈来愈重要。现在很多工业发达国家的数控化率可达30%以上，数控机床已成为机械制造业的主要设备。我国从1958年开始研制和使用数控机床，至今在数控机床的品种、数量和质量等方面得到了长足的发展。特别是在改革开放以来，我国数控机床的总拥有量有了显著的增加。数控加工技术的应用和普通机床的数控化改造已成为.传统机械制造企业提高竞争力、摆脱困境的有效途径.2 Pro/ENGINEER的概述 2.1 ProCAT ProCAT是选用性模块，提供 ProENGINEER与 CATIA的双向

5、数据交换接口，CATIA的造型可直接输入 ProENGINEER软件，并可加上 ProENGINEER的功能定义和参数工序，而 ProEngineer也可将其造型输出到 CATIA软件里。这种高度准确的数据交换技术令设计者得以在节省时间与设计成本的同时，扩充现有软件系统的投资.2.2 ProCDTPro/CDT是一个 Pro/ENGINEER的选件模块，为 CADAM 2D工程图提供 PROFESSIONALCADAM与 Pro/ENGINEER双向数据交换直接接口。CADAM工程图的文件可以直接读入Pro/ENGINEER，亦可用中性的文件格式，经由PROFESSIONAL CADAM输出或

6、读入任何运行 Pro/ENGINEER 的工作站上。Pro/CDT避免了一般通过标准文件格式交换信息的问题，并可使新客户在转入 Pro/ENGINEER后，仍可继续享用原有的 CADAM数据库。 2.3 Pro /E建模技术和CAD功能 Pro /E建模技术是曲面建模、实体建模和特征建模, Pro /E是完全应用特征技术发展起来的全参数化设计的CAD /CAM工程软件,在CAM造型方面它提供了挤压、旋转、扫描、切除、打孔、倒角、拔模等多种实体造型方式。另外,还针对高级用户提供了多种高级的造型方式,可以方便的设计各种复杂的特征模型(如图1所示) ,还提供了纺织曲面、自由曲面等更为复杂的曲面设计,

7、具备利用曲面生成实体模型的功能,是非常优秀的工程软件之一。 2.4 Pro/E驱动模型和CAM功能 Pro /E提供了车削、铣削、钻削等多种功能,它的CAM驱动模型有曲面驱动、实体驱动、和特征驱动,其加工环境设置完全符合工况,灵活进行机床和工件坐标系的设置,在不同工序可以设置不同的工件坐标系,便于工件的找正装夹,保证加工精度。进行夹具与辅具的设置自动编程进行干涉和碰撞检验,提高程式的可靠性。同时, Pro /E采用余量模型的加工方式,加工时将毛坯和零件装配在一起,在刀具轨迹生成时,进行刀路优化,减少空切,以提高切削效率。Pro /E提供了强大的刀位验证、编辑修改功能。在编程修改方法, Pro

8、/E具备复制、移动、缩放比例、旋转(Rotate)等功能,这些在实际的自动编程非常有用在刀位验证方面, Pro /E提供了动态模拟、实体仿真、过切检查功能(这一点对于实用加工程式一定要做,而且100%不能过切) 。由于Pro /E的加工环境设置完全符合实际加工,同时进行夹具与辅具的设置,在进行实体仿真时,能够逼真地模拟加工全过程。 2.5 Pro的系统特点2.5.1三维实体造型 三维实体造型可以将使用者的设计概念，以最真实的模型在计算机上呈现出来，随时计算出产品的体积、面积、质心、重量、惯性矩等属性，解决复杂产品之间的干涉，提高效率，降低成本，便于设计人员与管理人员之间的交流。它避免了传统二维

9、下的点、线、面设计的不足。三维实体模式设计形象、逼真、直观，而二维设计需要用户进行空间想象。 2.5.2以特征造型为基础 Pro/ENGINEER是一个基于特征的实体建模工具，以特征作为组成模型的基本单元，实体模型是通过特征完成设计的，即实体模型是特征的叠加。例如，可以通过使用拉伸特征生成零件主体，使用切除材料等特征形成最终的零件。 2.5.3参数式设计 Pro/ENGINEER是一个参数化的系统，根据参数创建设计模型，几何形状的大小都由尺寸参数控制，用户在产品设计过程中使用的所有尺寸参数与物理参数都存在于单一的数据库中，可以随时修改这些参数，并可对设计对象进行简单的分析，计算出模型的体积、质

10、量和惯性矩等。特征之间存在着相互依赖的关系，使得某一单独特征的修改，会牵动其他特征的变更。用户还可以使用数学运算方式建立各特征的数学关系，使得计算机能自动计算出模型应有的形状和固定位置。通过设置特征参数关系式来保持特征的位置，体现其参数化的特点。如图1-9所示，在没有使用关系式改变阵列数量时孔位置保持不变，使用关系式改变孔的数量后孔始终保持均匀分布。3数控加工的总体战略即路线3.1以科技创新为先导中国数控技术和产业经过40多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的

11、成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪，这一常规途径就很难行通了。例如，在国外模拟伺服快过时时，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓的数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用网络（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种老是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使

12、我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度自然就很大了。 为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。3.2在商品化上狠下工夫近几年我国数控产品虽然发展很

13、快，但真正在市场上站住脚的却不多。就数控系统而言，国产货仍未真正被广大机床厂所接受，因此出现国产数控系统用于旧机床改造的例子较多，而装备新机床的却很少，机床厂出产的国产数控机床大多数用的都是国外的系统。这当然不是说旧机床的数控化改造不重要，而是说明从商品的角度看，我们的数控系统与国外相比还存在相当大的差距。 影响数控系统和数控机床商品化的主要因素除技术性能和功能外，更重要的就是可靠性、稳定性和实用性。以往，一些数控技术和产品的研究、开发部门，所追求的往往是一些体现技术水平的指标（如多少通道、多少轴联动、每分钟多少米的进给速度等等），而对影响实用性的一些指标和一些小问题却不太重视，在产品的稳定性

14、、鲁棒性、可靠性、实用性方面花的精力相对较少。从而出现某些产品鉴定时的水平都很高，甚至也获各种大奖。但这些高指标、高性能的产品到用户哪儿却由于一些小问题而表现不尽人意，最后丧失了信誉，打不开市场。这说明，高指标、高性能的样机型的产品离用户真正需要的实用、可靠的商品是有相当大的距离的，将一个高指标、高性能的产品变为一个有市场的商品还需作出大量艰苦的努力。另一方面，数控系统和数控机床不像家电类产品那样易于大批量生产，应用环境也不那么简单。数控产品是在生产环境中使用，面临的是五花八门的工艺问题。如果开发部门对这些问题掌握得不透，就难以将产品设计得很完善。而且数控产品的某些问题在开发、试用，甚至鉴定时

15、都难以发现。这就造成，同样型号的数控机床在有的用户那儿运行得很好，而在别的用户那儿却表现欠佳。或者同样型号的数控机床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件时却不尽人意。出现这种情况，有时是用户操作人员的水平问题，但有时就是数控产品本身潜在问题的暴露。为解决这一问题，国外一些公司设立了专门机构来测试考验自己的产品，如为考验新开发的数控系统，厂家自己设计和从生产实际中收集了大量零件程序，让数控系统运行各种各样的程序，一旦发现问题，即立即反馈给开发部门予以解决。经过这样的测试考验过程后，数控系统的潜在问题就大为减少。以往，我们的产品就很少进行这样严格的全面的自我测试考验。好些问题要等到用户去

16、给我们挑出来。这样，即使一个小问题也将严重影响国产数控产品的声誉。 因此，我们应充分重视上述问题，在商品化上切实狠下工夫，将其作为数控产业的主干来抓，贯穿于技术研究、产品开发、试制、生产等的全过程中，从而将我们已有的技术水平较高的数控产品变成真正有市场的好商品。 3.3将管理和营销作为产业发展重点经过20来年市场风雨的冲击，国人已越来越认识到，技术固然重要，但在市场经济的环境下，要在激烈的全球竞争中获胜，管理和营销就显得更为重要。例如，我国生产的数控机床不但占领了大陆市场的相当大的份额，而且还打进了美国市场。是数控机床的技术和质量超过美国了吗？显然不是。那他们靠的是什么？重要的一条就是在企业管

17、理和产品营销上下了工夫。而我们长期以来把主要精力放在开发技术和提高水平上，忽视了经营管理、市场开拓、产品营销等方面的工作，结果在新技术、新产品开发出来以后，在产品质量提高以后，企业仍然处于产品销售不畅的困。国外的经验说明，数控产品的竞争力不仅取决于技术，更取决于经营管理能力和营销能力。 因此，从现在起我们应将管理和营销作为产业发展重点，真正摆脱计划经济时代所遗留下来的思维方式和工作习惯的束缚，建立适应市场的高效、灵敏的运行机制和有效的激励机制。通过这种机制，一方面切实加强企业管理，激发企业负责人和广大职工的负责精神、创造精神和献身精神，努力提高产品的竞争能力；另一方面充分调动企业外、行业外一切

18、积极因素，大力加强市场开拓力度，奋力打通营销渠道。可以坚信，有过硬竞争力的产品，再加上开关厂那样的“找、挣、钻、抢”精神，我们就一定能在市场竞争中取得胜利。 3.4大力加强技术支持和服务数控系统和数控机床作为典型的高技术产品，对用户的技术支持和服务是相当重要的。以前国产数控产品丧失信誉的原因，除可靠性问题外，另一大问题就是缺乏有力的技术支持和服务。用户花了很多钱买的数控机床或数控系统，一旦出现问题却叫天天不应，叫地地不灵，以后谁还敢买我们的产品。因此，应将对用户的技术支持和服务当成重要的日常工作来抓，使我们在市场上向纵深挺进时，有一个强大后方。因此，为了取得数控产品市场竞争的全面胜利，必须建立

19、以技术支持和服务为核心的强大后方。当然，为赢得主动，后方也须主动出击。目前，利用先进的信息技术手段（如网络和多媒体），将为建立新一代立体化的技术支持和服务体系开辟新的途径。 3.5发展具有中国特色的新一代数控系统是各类数控装备的核心，因此通过科技创新首先发展具有中国特色的新型数控系统，将是推动数控产业化进程的有效技术途径。 实践证明，10年来我们所走的PC数控道路是完全正确的。PC机（包括工业PC）产量大、价格便宜，技术进步和性能提高很快，且可靠性高（工业PC主机的MTBF已达30年。因此，以其作为数控系统的软硬件平台不但可以大幅度提高数控系统的性能价格比，而且还可充分利用通用微机已有软硬件资

20、源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通讯等。此外，以通用微机作为数控平台还可获得快速的技术进步，当PC机升级换代时，数控系统也可相应升级换代，从而长期保持技术上的优势，在竞争中立于不败之地。 目前，PC数控系统的体系结构有2种主要形式：（1）专用数控加PC前端的复合式结构；（2）通用PC加位控卡的递阶式结构。另外还有一种正在发展的数字化分布式结构。其方案是将由DSP等组成的数字式伺服通过以光缆等为介质的网络与数控装置连接起来，组成一完整的数控系统。这种系统虽然性能很好，但由于开发和生产成本太高，近期难以被国广大用户所接受。我们认为，上述结构并不

21、是符合中国国情的最好方案， 适合中国国情的应是将所有数控功能全软件化的集成式结构，因为这种结构的硬件规模最小，不但有利于降低系统成本，而且更重要的是可以有效提高系统的可靠性。 几十年的经验表明，可靠性好坏是国产数控系统能否发展的关键。虽然影响数控系统可靠性的因素很多，但过大的硬件规模和较低的硬件制造工艺水平往往对可靠性造成最大的威胁。以往，国产数控系统在总体设计时由于种种原因的限制，不得不选用技术指标不太高的普通CPU，这样，为完成数控的复杂功能往往需要由多个CPU来组成系统，有时还需另加一些专用或通用硬件电路来实现数控系统的一些高实时性功能（如细插补、位置伺服控制等），从而造成系统硬件规模庞

22、大。对于数控系统这种批量不大的产品，在国现有工艺条件下，很难从硬件制造的角度保证系统的可靠性，因而使得国产数控系统在生产现场的表现不佳，对国产数控系统的形象和声誉造成严重影响，使得不少用户现在还心有余悸。 因此，我们在开发新型数控系统时，应优先选用新型高性能CPU（如高主频的Pentium II、Pentium III等）作为系统的运算和控制核心，并尽量用软件来实现数控的所有功能。这样，可大幅度减小系统硬件的规模。此外，还应在软件设计、电源设计、接插件设计与选用、接地与屏蔽设计和施工等方面采用强抗扰高可靠性设计与制造技术，从而全面提高系统的可靠性。 由于一个新型高性能CPU可以代替数十个普通C

23、PU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平台上不仅可以完成数控系统的基本功能（如信息处理、刀补计算、插补计算、加减速控制等）和开关量控制功能（装PLC），而且还可以完成伺服控制功能。这样，以前由DSP完成的数字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量变换控制等）均可由PC中的CPU完成，从而实现装式伺服控制，这不仅有效缩小了数控部分的硬件规模，而且还大幅度缩小了伺服控制部分硬件规模。 这种具有装PLC和装伺服控制的全软件化集成式数控系统，其硬件规模将达到最小化，整个数控系统除一个PC平台外，剩下的只有驱动机床运动的功率接口和反馈接口。这既有效提高了系统可靠性，又消除

24、了信息传递瓶颈，提高了系统性能，同时还可显著降低系统成本，使系统（包括电机）售价将可降至现有数控系统的一半左右。显然，这种高性能、高可靠性、低成本的新型数控系统将具有极强的竞争力，有望为开创中国数控的新局面作出贡献。 此外，集成化PC数控系统还有一大优点，就是容易实现开放式结构。这是因为，这种系统的硬件本身已经是完全开放的，构成开放式数控系统的工作完全在软件上，只要制定好标准和协议，从信息处理、轨迹插补、加减速控制、开关量控制到伺服控制都可以实现开放，从而可大大方便用户的使用。 3.6推进数控功能部件的专业化生产解决数控系统问题后，如何实现数控机床的模块化设计与制造便是我国机床制造企业快速响应

25、市场需求，在竞争中获胜的另一关键。要实现数控机床的模块化设计制造，必须解决数控机床功能部件的专业化生产问题。目前我国在这方面离实际需求还有相当大的差距。因此，在今后的若干年，我们必须大力促进数控机床功能部件的开发和专业化生产。其要点如下： (1) 新型永磁电主轴单元 电主轴已成为国际市场上最热门的数控机床功能部件。但目前这类产品几乎都为感应异步型，存在以下突出问题：转子上存在绕组，有大电流流过，因此转子发热严重，直接影响主轴精度；低速出力小且转矩脉动大，难以满足宽围切削要求；效率和功率因素低，不仅电机体积和重量大而且要求逆变器容量大、耗能多；控制系统复杂、成本高。 因此，利用我国稀土永磁材料的

26、优势，开发新型大功率、高效率、宽调速围永磁同步型交流电主轴单元，将可有效解决现有电主轴存在的问题，形成具有中国特色的新一代电主轴产品。由于永磁电主轴的机械结构和控制系统都较感应异步型电主轴简单，因此易于进行专业化大规模生产。当然，这还要攻克主轴支承（瓷轴承、流体动静压轴承、磁悬浮轴承）技术、高精度高速动平衡技术、高速驱动、检测与控制技术、高可靠性安全保证技术等关键技术。 (2)廉价的高性能伺服系统 目前，一套进给交流伺服系统（驱动器+电机）的价格一般都在万元以上，主轴伺服系统的价格高达数万元，已成为降低国产数控机床成本的一大障碍。因此，应配合新型集成化国产数控系统的发展，大力开发廉价的高性能装

27、式伺服系统。由于装式伺服的硬件部分只有电机和功率接口，充分利用我国的永磁资源优势，通过专业化生产可以把电机的造价降下来，而采用智能化的IPM模块作为功率接口也很便宜，因此将装式进给伺服的价格控制在数千元以，将装式主轴伺服的价格控制在2万元以，将是完全可能的。 (3) 直线交流伺服系统 直线交流伺服系统是下一世纪数控机床不可缺少的功能部件，目前我国还没有成熟产品，因此应加强研究、开发和推广应用。考虑到常规机床的防磁问题较难解决，而并联机床的防磁相对容易，因此可为常规结构机床开发感应异步型直线电机，为并联结构机床开发永磁同步型直线电机，从而扬长避短，构成符合实际应用要求的新型高速高精度进给系统。在

28、此基础上，可进一步开发将驱动与支承合二为一的磁悬浮工作台。 (4) 零传动数控转台与摆头 数控转台与摆头是多坐标数控机床的关键部件，传统的采用高精度蜗杆蜗轮等传动的转台与摆头不仅制造难度大、成本高，而且难以达到高速加工所需的速度和精度，因而必须另辟蹊径开发新型零传动（无机械传动链）数控转台和摆头，以促进我国高速高精度多坐标数控机床的发展。 (5) 高速高精度检测装置 高速高精度是下世纪数控机床发展的主题，这不但需要高性能的控制和驱动，同时还需要高品质的检测环节，因此应在现有技术基础上，进一步开发0.1 m以上精度的高速(60 m/min以上)线位移传感器和100万脉冲/r的角位移传感器，此类技

29、术国外对我国是封锁的11。 4 基于Pro / ENGINEER 的数控加工应用研究计算机辅助制造技术CAM越来越成为加工需求的热点,数控编程是目前系统中最能明显发挥效 益的环节之一 , 在其实现设计加工自动化,提高加工精度和质量,缩短产品研制周期,提高制造柔性等方面发挥着极其重要的作用。NC程式的自动编制可利用商品化的具有 CAM 功能的软件,如 Pro / Engineer、UG 、MasterCAM 等。但不同的软件编程能力、编程方法、编程特点与其实现等不尽一样,鉴于此,本文主要结合本人实践,对 Pro / E软件在实体建模、程式自动编制与在加工中心制造中的应用进行一些探讨。 4. 1

30、Pro /E建模技术和 CAD 功能 Pro / E建模技术是曲面建模、实体建模和特征建模 , Pro / E 是完全应用特征技术发展起来的全参数化设计的 CAD /CAM 工程软件 ,在 CAM 造型方面它提供了挤压、旋转、扫描、切除、打孔、倒角、拔模等多种实体造型方式。另外 ,还针对高级用户提供了多种高级的造型方式 ,可以方便的设计各种复杂的特征模型,还提供了纺织曲面、自由曲面等驾驶室模型 为复杂的曲面设计 ,具备利用曲面生成实体模型的功能,是非常优秀的工 程软件之一。 4. 2 Pro / E驱动模型和CAM 功能 Pro / E提供了车削、铣削、钻削等多种功能,它的 CAM 驱动模型有

31、曲面驱动、实体驱动、和特征驱动 ,其加工环境设置完全符合工况 ,灵活进行机床和工件坐标系的设置 ,在不同工序可以设置不同的工件坐标系,便于工件的找正装夹 ,保证加工精度。进行夹具与辅具的设置自动编程进行干涉和碰撞检 验 ,提高程式的可靠性。同时, Pro / E采用余量模型的加工方式 ,加工时将毛坯和零件装配在一起 ,在刀 具轨迹生成时,进行刀路优化 ,减少空切 ,以提高切削效率。Pro / E提供了强大的刀位验 证、编辑修改功能。在编程修改 方法 , Pro / E具备复制、移动、缩放 比例、旋转 Rotate 等功能,这些 在实际的自动编程非常有用。在刀位验证方面 Pro / E提供了动态

32、模拟、实体仿 真、过切检查功能 这一点对于实 用加工程式一定要做 ,而且 100% 不能过切 。由于 Pro / E 的加工Pro/ E通过刀位编辑生成的刀据路线 Pro/ E的加工路线与实体仿真 环境设置完全符合实际加工 , 同时进行夹具与辅具的设置 ,在进行实体仿真时,能够逼真地模拟加工全过程 43数控自动编程加工系统的实现与程式编制理论4.3.1系统组成 系统的主要硬件构成:计算机:奔 III以上;通信模块;三轴加工中心 精机制造 ;工装刀具与辅具等。 系统的主要软件构成:W indow sN T操作系统; Pro / E工程软件;U ltraedit文本编辑等。 通信方式:采用 R -

33、 232通信 ,将计算机自动生成的程式传入数控装置 ,如果微机与加工中心较远 ,也可采用无线传输实现 ,无论前者还是后者 ,关键都是要保证程式的不失真传输 ,这一点至关重要。 4.3.2数控自动编程加工系统的程式编制原理 CAM 编程是当前最先进的数控加工编程方法 ,其主要原理如下: 实体建模 ,也就是加工模型的来源 ,可直接建模零件设计产品,可零件建模后模具设计模型,也可导入其他软件的零件模型。 切削工艺规划 ,主要是基于数控的工艺分析 ,并与 NC程式自动编制相结合 ,与传统的工艺分析有别。 走刀轨迹生成 ,可视化刀具的模拟加工轨迹 ,合理化刀具路径。 加工仿真 ,模拟数控机床的实际加工环

34、境 ,观察有无碰刀等情形。 后置处理 ,生成 NC程式 ,一般计算机先生成刀位文件 ,要驱动加工中心进行实际切削,必须转换为 NC 程式文件 ,这就是所谓的后置处理 ,有通用和专用两种方法 ,这里选用专用法兰克系统作后置处理。 NC程序联机传送到数控装置 ,这主要是计算机与加工中心的通信问题 ,必须保证程式的无实真 传输 ,方可进行实际切削加工零件或组件。 4.4 高级汽车音像一前面板模具凹模的电极数控加工4.4.1电极数控加工工艺分析电极的材料是纯铜 ,上表面是一柱曲面 ,四周侧面有拔模斜度 ,其余棱边均有倒圆角 ,对表面光洁度极高,在普通机床上光洁度和曲面加工难以实现 ,因此 ,选用数控自

35、动编程加工。粗加工可在普通铣床加工 ,精加工数控程式加工 ,上表面与倒角选用直径 24mm 的球形刀,侧面选用斜度铣刀,从底面对电极固定,装夹固定在机床工作台上 ,然后 ,确定工件坐标系并将此时的机械坐标保存到数控装置等。 4.4.2数控自动编程加工首先 ,进入 Pro /NC加工模块 ,进行加工的设定工作 ,主要包括创建制造模型,选定所用的加工机床 ,设定工件坐标系 要与机床数控装置设定一致 ,选择加工方法与工艺参数设定,然后显示走刀轨迹与实物仿真 ,最后修改加工参数直至符合要求 ,完成加工的设定工作。 其次,后置处理生成数控程式 ,其过程是先生成刀位文件 ,然后选用法兰克系统后置处理生成

36、NC程式,并与刀位文件同名 ,接着在超级编辑中,打开 NC文件进行编辑 ,符合加工用程式 ,一般修改文件头尾即可。 最后 ,将程式传输到数控装置进行程式预演 ,确认无误后 ,驱动加工中心进行实际加工为电极实际加工好后的模型。由于该系统涉与到加工中心、Pro / E软件的实体建模和加工模块、G程式编制、数控工艺规划等很多问题 ,这里只是举一简单工程实例 ,不可能面面俱到,然而 ,实际加工应用中不管加工模型多么复杂其原理与过程是类似的。 通过上述对数控自动编程加工系统的工程应用分析 ,可知 Pro / E 的CAD 与 CAM 软件在实体建模、 数控自动编程与模拟仿真等方面综合性能较好 ,甚至可实

37、现无图纸制造 ,可缩短复杂零件的建模和制造周期 ,提高数控机床的编程和加工效率 ,并且该系统在某公司自组建两年来 ,应用效果很好 ,尤其在模具加工中解决了以往手工编程无法解决的复杂零件与模具的许多曲面加工 ,使加工中心在制造过程中发挥了更大的作用。 应用技巧 工作路径的设置 Pro/ENGINEER的工作路径的设置是很重要的，因为Pro/ENGINEER缺省的启动路径是在 Pro/ENGINEER安装路径下的BIN文件夹，该文件夹存储Pro/ENGINEER最重要的各种命令。如果不设置工作路径，随着工作的进行，会直接把零件文件、装配文件、加工文件和相应的Trail文件都保存在此文件夹中，给文件

38、的管理带来很大的麻烦，所以一定要建立自己的工作目录，并且能做到文件的分类存放，统一管理。工作路径设置的方法是：在文件目录下选择工作路径目录，然后选择需要设置的路径与文件夹作为工作路径后，确定就可以了。 Config文件的正确应用 Config文件是Pro/ENGINEER的系统配置文件，几乎可以满足对Pro/ENGINEER的所有要求，不仅在进行产品设计过程需要用到，在进行加工过程设计时也有非常重要的参数设置。通过这些设置，可以把Pro/ENGINEER定制为所需的工作环境。下面是在加工过程中经常需要设置的参数。 （1） Mfg_auto_ref_prt_as_chk_srf：选择yes或 n

39、o，在3、4和5轴“轮廓”和“常规”铣削序列中，缺省情况下选取整个参照零件作为检查曲面，用于计算这些序列的“NC序列”刀具路径。 （2）Mfg_info_location：选择top_left，bottom_right，用来设置“制造信息”对话框的位置。 （3）Mfg_xyz_num_digits：缺省值为10，在CL数据文件中，为x、y、z数据点设置数字位数。 （4）Nccheck_type：包括：vericut（缺省），指使用CGTech公司提供的Vericut；Nccheck，使用Pro/NC-CHECK。 工件坐标系选择技巧 机床坐标系是机床上固有的坐标系，都设有固定的坐标原点。在实际

40、加工中，通常会选择工件上的一点作为数控程序原点，并以此为原点建立一个工件坐标系。应用软件进行程序设计时的坐标系就是实际加工时的工件坐标系。工件坐标系的合理确定，对数控编程与加工时的工件找正都很重要。为提高零件加工精度，程序原点应尽量选在零件的设计基准和工艺基准上，如对于以孔定位的工件，以孔的中心为程序原点就比较合适。程序原点也可以选在两垂直平面的交线上，这样不论是用铣刀还是用测头都可以很容易找到交线的位置。对于几何形状不规则的产品，要根据产品的具体情况来选择工件坐标系。通常都要遵守以下原则：在机床上容易找正、编程方便、对刀误差小、加工时检查方便、可靠和所引起的加工误差小等。 刀具切入和切出工件

41、的路径设计 应用腔体类、轨迹类加工方式，如不作特殊设计，刀具会按照系统计算的位置进行刀具的切入和切出，但有时这个位置并不是程序设计人员需要的。例如，对于薄壁产品的铣削加工，为减少刀具的轴向切削力，防止工件变形，一般首先会在工件落刀位置打孔，轴向进刀时，要求刀具从落刀孔位置轴向进刀，侧刃铣削，以减小切削力，防止工件变形。在刀具路径优化功能中可以对刀具切入和切出位置做具体设计，这个功能可以应用于整个腔体加工，也可在指定的工件层或者位置进行刀具切入和切出设计。实际应用的方法有三种 ：新建或者选择基准点作为刀具轴向切入和切出的位置，这个点可以投影到垂直于安全面的所有加工层上 ；新建或者选择基准轴线进行

42、刀具的切入和切出位置设计，这个轴线可以是工件上的，也可以是毛坯上的，必须垂直于安全面，同样刀具轴向的切入切出都是沿轴线的位置 ；用草绘工具，在加工坐标系的XY平面上进行刀具切入和切出的轨迹设计。可以应用Pro/ENGINEER软件的草绘功能对刀具切入切出产品的路径进行设计，可使刀具沿零件轮廓法向垂直切入或者使刀具沿零件轮廓切向切入，并可以控制刀具切入切出的延伸距离。 切削深度控制 在加工腔体类的零件，特别是型腔深度尺寸比较大时，刀具切深的控制非常重要。随着加工过程的进行，刀具悬深尺寸逐渐增大，对切削深度的要求也会不断变化，参数表中的Step-Depth参数被定义为加工中刀具的层切削深度，适用于

43、整个腔体加工，但在某些有特殊要求的零件，考虑加工效率和加工性能，使用同样切深却不一定适用。在加工过程优化设计中，可以对刀具的切削深度进行控制。 （1） Upto Depth:每层按切削深度加工至设定的深度。 （2）FromTo Depth:在一个特定的深度围分层加工。 （3） Slice/Slice:按照每层设定的层深生成刀具运动轨迹，需要设置每层的加工深度。 切削速度的控制 在切削加工过程中，在刀具切入、切出、圆弧走刀、直线走刀等情况下需要设置不同的切削速度，在高级参数表设置里可以根据不同的加工部位设置不同的切削参数。 （1） Cut-Feed :切削加工进给速度。 （2）Retract-F

44、eed :刀具返回安全面的速度。 （3）Free-Feed :快速进给速度，如果不设定的话，该速度应用机床默认的缺省值。 （4）Arc-Feed :圆弧加工进给速度。 如果加工一个工件时刀具轨迹既有直线又有圆弧，往往对直线加工和圆弧加工设定不同的切削速度。为提高加工效率，通常也会设定刀具返回安全面的速度。 轨迹加工时的刀具路径优化设计 Pro/ENGINEER的轨迹加工方式给程序设计人员很大的自由度，可根据不同的加工产品进行刀具加工轨迹的设计。以下是加工轨迹设计的4种方式。 （1） 草绘刀具加工轨迹 。 （2）选择曲面的边作为刀具轨迹。 （3）选择或者草绘曲线作为刀具轨迹。 （4）选择曲面作为

45、刀具加工轨迹。 对于几段不连续的轨迹加工，可以在刀具路径优化的菜单下，通过插入方式将不连续的加工过程连接起来，不再进行切削过程的重复设计，使加工过程设计更为简捷。具体做法是：在刀具路径优化菜单下，分段插入新的刀具轨迹路径，并且在轨迹加工方式下可以对刀具的运动方向、刀具半径的偏置方向进行控制，并可根据加工产品的结构要求进行刀具的深度方向偏置。 A. Pro /E 五坐标数控铣削刀具轨迹策略 Pro/E 系统提供的数控加工编程轨迹策略方式非常多, 包括数控车削加工中心编程、五坐标数控铣削加工编程、四轴联动数控线切割加工编程等多种方式。其Gpost 后处理包可解决多个数控系统的后处理程序, 包括He

46、idenhain、Fanuc、FIDIA、Siemens、Century、Charmilles等多种数控系统。同时用户也可以非常方便地定制开发自己的后处理程序, 以提高数控编程的效率和程序质量。Pro /E 的机床仿真加工提供与仿真软件Vericut直接嵌入式, 提高多坐标数控机床加工程序的质量, 以方便用户检查多坐标机床加工时的干涉碰撞、超程检查、过切等异常情况。为Pro/E 提供的五坐标数控铣削加工编程的刀具轨迹示意图。由于其基于完全参数化设计, 因此数控编程时, 其刀具轨迹做到与几何模型与时关联, 大方便了数控编程人员的刀具轨迹设计工作。B. Pro/E 后处理程序开发模式Pro /E

47、系统提供的Gpost 后处理程序开发模式结构流程。其中CL File 刀位文件为该CAD /CAM系统生成的刀位轨迹文件。Option File 文件为机床控制文件和机床数控加工数据文件, 如机床的坐标系统与各坐标轴的运动配置、主轴功能、刀具准备、补偿功能与辅助功能等方面的数控程序语句段的地址字符与其输出控制, 它所提供的为通用的机床数控系统的基本配置,与FIL File 文件共同构成后处理系统来完成特定数控机床的数控系统配置, 达到使生成的数控程序机床能够完全正确地进行产品的加工。 FIL File 文件是机床与数控系统接口文件( 企业级数控系统接口文件) , 主要针对相应的数控机床格式与数

48、控程序文件容输出方面的控制, 使其满足工厂的数控机床的正确配置。它是正确配置程序输出的重点, 也是难度最大的, 它的源代码采用的是宏程序形式, 采用条件组合逻辑、循环、跳转等判断方式, 根据实际需要来编写相关代码, 因此编写时需要软件开发的基本知识。 用户进行自己的数控系统开发时, 主要了解FIL 的逻辑控制程序能力、FIL 的语法结构、CL 刀位文件的数据结构、Postprocessors 后处理的工作模式。通过FIL 语言进行程序开发, 用户可以添加、删除、修改CL 刀位文件中的数据容, 后处理输出为机床加工的代码、修改程序关键字、调用其他宏程序用户子程序等。同时后处理中的运动分析, 尤其

49、是进退刀与线性回转轴的超程、干涉处理, 都可以帮助用户针对相应的机床进行定制。如FIDIA DR218 和FIDIA KR214 等, 其主轴头上的C 轴为±200°连续, 当超程时, 必须回抽刀具矢量轴后,机床重新调整刀具矢量进行加工。 C. 后处理Gpost 设置流程 五坐标后处理程序开发的主要容包括机床种类、机床坐标轴配置、程序输出格式转换、机床坐标系统变换与程序输出等。Gpost 提供的标准运动配置的多坐标类型有四轴转台( 4 - Axis Rotary Table) 、四轴摆头( 4- Axis Rotary Head) 、五轴转台回转与摆动( 5 - AxisD

50、ual Rotary Table) 、五轴转台回转与摆头( 5 - Axis RotaryTable /Rotary Head) 、五轴摆头回转与摆动( 5 - AxisDual Rotary Head or Nutator) 、车削中心( 1 - Rotary /1 -Radial Axis) 等。在FIL 文件中用参数IROTYP 2089 来控制, 其值的围为0 6, 其取值对应方式分别对应上述几种形式。同时用户可以对非标准运动配置的五坐标机床进行定制, 通过坐标平移和旋转方式来实现其程序转换, 如主轴复合摆动的五坐标机床DMU200P /DMU125P 和工作台复合摆动回转的五坐标机床

51、DMU50P等。 应用Gpost 提供通用后置处理器导向模板,在完成数控系统和机床类型设置后, 经过相应的细节设定和部分接口程序的开发后, 便可定制用户自己的专用后置处理器。通用后置处理器根据外界输入的信息, 调用其部数据库模型, 经判断、排列、组合后,生成用户要求的专用后置处理器。当通用后置处理器提供的数据模型不能全部满足用户的要求或者用户需要优化处理NC 程序时, 则应用开发软件修改数据库模型。这就需要开发人员掌握CAM 模块的使用方法, 掌握刀具路径文件的格式, 并具备软件开发和加工工艺方面的经验。 为完善用户专用数控机床系统的后置处理程序开发, 使其自动生成的NC 程序不再需要人工做修

52、改, 可对CAM模块的加工环境参数进行特定的设置, 并用Gpost 模块的开发语言进行宏程序编制, 建立此类机床的数据模型。为优化生成的NC 程序, 用宏程序修改通用后置处理器部数据输出结构。如: NC 程序中用到的所有工件坐标系与机床坐标系的数值关系, 可在NC程序开头自动设置, 数控机床可直接辩识, 不需手工输入。如工作台回转前, 主轴头退回最远, 换刀前输出刀具名称等。D. FIL ( Factory Inter face Language) 宏程序开发基础FIL 宏程序是Gpost 提供的专业后处理程序开发语言包, 尤其适合用户进行定制开发。通过FIL 宏程序来提供完善的数控机床系统的

53、后处理程序, 包括宏程序完成的基本功能如添加、删除或修改刀位文件功能, 控制后处理代码输出功能, 添加或修改APT 功能, 读写或合并文件控制功能与应用程序调用功能。 ( 1) 主关键字“CIMFIL/ON, major_ word” 在FIL 语言中, 所有的刀位文件记录都以“CIMFIL/ON”主关键字与其所的参数来决定后处理程序如何对刀位源文件的记录进行处理。如下所示的部分代码, 其相对应的意义如注释所述。在FIL 语言中“CIMFIL/ON,CUTTER 与CIMFIL/ON, 6, 6” 表示一样的功能。 CIMF IL /ON, CUTTER ( CIMFIL/ ON, 6 , 6

54、 ) ( 刀具信息) CIMF IL /ON, FROM ( CIMFIL / ON, 5, 3) ( 起刀点信息) CIMFIL/ ON, GOTO ( CIMFIL /ON, 5, 5) ( 直线插补) CIMFIL/ ON, CIRCLE ( CIMFIL /ON, 3) ( 圆弧插补) CIMFIL /ON, MULTAX ( CIMFIL/ ON, 9) ( 多坐标联动激活) CIMFIL/ AT, SP INDL, DATA, RPM ( 主轴信息) SPINDL /200 , RPM, CLW, RANGE, 1 CIMFIL/ AT, LOADTL, DATA, ADJUST,

55、 DATA,LENGTH ( 加载刀具信息) LOADTL /1, ADJUST, 11, LENGTH, 1. 5 CIMFIL/ AT, CUTCOM, LEFT ( 刀具补偿) CUTCOM /LEFT, 2 , XYPLAN / /XY ( 平面刀具左补偿) ( 2) “rslt = POSTF ( function _ type, arg1, arg2,arg3, argn) ” 程序POSTF 等系列函数为FIL 语言开发的基本, 使用主关键字“CIMFIL/ON” 识别刀位文件中所需要定位的信息后, 再通过POSTF 相应的功能函数对相应的关键字与其对应的信息进行处理, 用户即可

56、完成自己产品数控机床加工其系统所需要的特殊要求。POSTF 系列函数的参数分别为其功能号与参数, 不同功能号用户实现不同的处理功能, 如功能号05、06、07、08、28、29 是实现得到刀位数据信息, 或识别刀位文件中的关键字信息; 加载控制操作刀位文件中的数据信息, 如坐标点信息、功能信息等09、10、12、13、20、21 ; 设置操作common 变量值01、02、03、04、19、22、23、25 ; 定位刀位文件信息14、15、26; 调试刀位文件后处理程序24、27。如下所述分别为数控编程时数控机床加工时进刀动作的后处理FIL 程序, 从中可以看出, 用户可以很容易设置相应数控机

57、床的程序代码输出。* * * * * * * F R O M S E C T I O N * * * * * CIMFIL/ ON, 5, 3 ( 捕捉FROM 指令) FRX = POSTF( 7, 6) ( 得到X 坐标值) FRY = POSTF( 7, 7) ( 得到Y坐标值) FRZ = POSTF( 7 , 8) ( 得到Z 坐标值) DMY = POSTF( 2, 1 , 1867 , 1) ( 启动POST) DMY = POSTF( 13) ( 执行当前刀位记录) DMY = POSTF( 2, 1 , 1867 , 0) ( 关闭POST) SET/ START, XAXIS, FRX, YAXIS, FRY, ZAXIS, FRZ ( 输出G92) DMY = POSTF( 2, 3, 130, FRX) ( 设置GOHOME X = FROMX) DMY = POSTF ( 2, 3, 131, FRY) ( 设置GOHOME Y =FROM Y) DMY = POSTF(