浅析proe数控加工中的参数设置

2013-05-14 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

王忠来源:万方数据
关键字:proeNGINEER 数控加工计算机辅助设计计算机辅助制
数控加工中的参数设置是数控加工工艺中的重要内容,它不仅影响数控机床的加工效率、待加工工件的加工精度,而且直接影响加工机床的使用寿命。当前,采用CAD/CAM技术,在计算机上完成加工模型的设计、制造工艺的制定及编程并在数控加工中直接利用CAD的设计数据联机加工已日益普及,文章主要分析和探讨Pro/NC软件环境下数控加工的参数设置。

proeNGINEER是由美国PTC公司研制的一套CAD/CAE/CAM软件,是目前国内外最为流行的3D CAD/CAE/CAM软件之一,在Pro/NC中设置加工参数不仅需要熟悉Pro/NC加工的设置流程及各加工参数的确切含义,更重要的是要熟悉数控加工编程中工艺参数的选择对加工质量的影响,否则不仅不能保证产品质量,而且容易导致过切等现象,甚至损坏加工设备,给生产单位造成重大损失。本文介绍了Pro/NO加工的一般流程和常用参数的含义,分析和探讨了Pro/NC软件环境中工艺参数的设定方法和原则。

一Pro/NC制造过程操作流程

proeNGINEER目前的流行版本为wildfire 3.0,其NC模块由Pro/NC-MILL、Pw/NC-TURN、Pro/NC-WEDM、PDo/NC-ADVANCED几个小模块组成,用户在使用时,并不需要去分辨当前是在哪一个模块下操作,只需在操作界面中根据加工需要进行设置,系统会自动调用相应的模块去处理。

proeNGINEER能够生成数控加工的全过程,其工作过程是利用计算机(CAD)的图形编辑功能,将零件的几何图形绘制到计算机上,形成零件的图形文件,然后直接调用计算机内相应的数控编程模块,进行刀具轨迹处理(即建立操作及定义NC工序。建立操作用于设置机床类型、刀具类型、机床坐标和退刀面的位置等,而定义NC工序用于设置待加工的曲面以及切削参数,每一个操作定义了若干个关联的NC工序),由计算机对零件加工轨迹的每个节点进行计算和数学处理,从而在生成刀位数据文件后,进行相应的后处理,自动生成数控加工程序,并在计算机上动态地显示刀具的加工轨迹图形H1。在加工设备不变的条件下,实际上问题的关键是刀具的选择与切削用量的确定。

二、选择刀具和安排刀具排列顺序的基本原捌

(一)选择刀具

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点,一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上,因此已逐渐标准化和系列化。proeNGINEER 3.0的NC模块中,刀具的类型、几何参数及材料等可在"刀具设定"窗口中的"普通"选项卡中设置,在选择刀具时,应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素来确定刀具及刀柄。刀具选择总的原则是:安装调整方便,刚性好,耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下,由大到小,尽量选择较短的刀柄,以提高刀具加工的刚性。除此之外,选择刀具还应注意以下几个方面:对于凹形表面,在半精加工和精加工时,应选择球头刀,以得到好的表面质量,但在粗加工时宜选择平端立铣刀或圆角立铣刀,这是因为球头刀切削条件较差;对凸形表面,粗加工时一般选择平端立铣刀或圆角立铣刀,但在精加工时宜选择圆角立铣刀,这是因为圆角铣刀的几何条件比平端立铣刀好;对带脱模斜度的侧面,宜选用锥度铣刀,虽然采用平端立铣刀通过插值也可以加工斜面,但会使加工路径变长而影响加工效率,同时会加大刀具的磨损而影响加工的精度。总之,要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。

生产中,平面零件周边轮廓的加工,常采用立铣刀;铣削平面时,应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时,选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时,可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀;对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工,常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

在进行自由曲面加工时,由于球头刀具的端部切削速度为零,因此,为保证加工精度,切削行距一般取得很密,故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀,因此,只要在保证不过切的前提下,无论是曲面的粗加工还是精加工,都应优先选择平头刀。另外,刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大,必须引起注意的是,在大多数情况下,选择好的刀具虽然增加了刀具成本,但由此带来的加工质量和加工效率的提高,则可以使整个加工成本大大降低。

(二)安排刀具排列顺序

在经济型数控加工中,由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行,占用辅助时间较长,因此,必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则:1)尽量减少刀具数量;2)一把刀具装夹后,应完成其所能进行的所有加工部位;3)粗精加工的刀具应分开使用,即使是相同尺寸规格的刀具;4)先铣后钻;5)先进行曲面精加工,后进行二维轮廓精加工;6)在可能的情况下,应尽可能利用数控机床的自动换刀功能,以提高生产效率等。

在保存切削刀具设置时,Pro/NC会将其保存为.tpm文件格式,并将其存放在由"Pro_mf_tprm_dir"配置选项所指定的目录下。它是-个文本文件,如果熟悉其语句格式,不仅可以直接编辑这个刀具设置文件,而且可以在"刀具设定"界面的文件菜单中将自己常用的刀具建成刀具库。

三切削用量的确定

Pro/NC中切削用量的设置在菜单管理器【制造参数】菜单中的【设置】子菜单中完成。设置时应根据我们预先拟定的加工工艺参数输入相应的值。合理选择切削用量的原则是:粗加工时。一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。Pro/NC提供了类型丰富参数设置功能,常见的参数有:

(一)切削深度t(Pro/NC中称其为"步长深度")

在机床、工件和刀具刚度允许的情况下,t就等于加工余量,这是提高生产率的-个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度,一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。

(二)切削宽度L(Pro/NC中称其为"跨度。)

一般L与刀具直径d成正比,与切削深度成反比。经济型数控加工中,一般L的取值范围为:L=(0.5-0.8)d。其值越小,切削线就越密。

(三)切削速度v

提高v也是提高生产率的一个措施,但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大,刀具耐用度急剧下降,故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外,切削速度与加工材料也有很大关系,例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时。v可采用8m/min左右;而用同样的立铣刀铣削铝合金时,v可选200m/min以上。

(四)主轴转速n l Pm/NC中称其为。SPINDLE-SPEED"-单位为r/min)

    主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为:n=v/πd(r/min),式中。d为刀具或工件直径(mm)。

(五)进给速度vF(Pro/NC中称其为。CUT_FEED。)

vF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。vF的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时,vF可选择得大些。但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。除了上述参数外,在设置加工参数时经常见到的设置选项还有很多,只有充分理解这些参数的确切含义才能准确无误进行设置,如:"PROF_STOCK_ALLOW"用于设置加工余量,这部分的设置等于同时指定X、Y、Z三个方向的加工余量,如果X、Y、Z三个方向的加工余量都一致,那就设置此项,而。允许的未加工毛坯"和"允许的底部线框"等两项就不用再设了;"允许的未加工毛坯"用于设置粗加工的加工余量,此值等同于同时指定X、Y两个方向的值。当X、Y两个方向的加工余量和z方向的加工余量不同时,就要设置此项和下面我们要三切削用量的确定Pro/NC中切削用量的设置在菜单管理器【制造参数】菜单中的【设置】子菜单中完成。设置时应根据我们预先拟定的加工工艺参数输入相应的值。合理选择切削用量的原则是:粗加工时。一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。

Pro/NC提供了类型丰富参数设置功能,常见的参数有:

    (一)切削深度t(Pro/NC中称其为"步长深度")

    在机床、工件和刀具刚度允许的情况下,t就等于加工余量,这是提高生产率的-个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度,一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。

    (二)切削宽度L(Pro/NC中称其为"跨度。)

    一般L与刀具直径d成正比,与切削深度成反比。经济型数控加工中,一般L的取值范围为:L=(O.5-0.8)d。其值越小,切削线就越密。

    (三)切削速度v

    提高v也是提高生产率的一个措施,但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大,刀具耐用度急剧下降,故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外,切削速度与加工材料也有很大关系,例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时。v可采用8m/min左右;而用同样的立铣刀铣削铝合金时,v可选200m/min以上。

    (四)主轴转速n ( Pro/NC中称其为。SPINDLE-SPEED"-单位为r/min)

    主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为:n=v/πd(r/min),式中。d为刀具或工件直径(mm)。

    (五)进给速度vF(Pro/NC中称其为。CUT_FEED。)

vF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。vF的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时,vF可选择得大些。但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

除了上述参数外,在设置加工参数时经常见到的设置选项还有很多,只有充分理解这些参数的确切含义才能准确无误进行设置,如:"PROF_STOCK_ALLOW"用于设置加工余量,这部分的设置等于同时指定X、Y、Z三个方向的加工余量,如果X、Y、Z三个方向的加工余量都一致,那就设置此项,而。允许的未加工毛坯"和"允许的底部线框"等两项就不用再设了;"允许的未加工毛坯"用于设置粗加工的加工余量,此值等同于同时指定X、Y两个方向的值。当X、Y两个方向的加工余量和z方向的加工余量不同时,就要设置此项和下面我们要讲到的"允许的底部线框",在精铣阶段。

该项通常为"0";。允许的底郝线框"指z轴方向的加工余量,当X、Y两个方向的加工余量和z方向的加工余量不同时,就要设置此项和"允许的未加工毛坯";"切割角"指刀具路径与x轴的夹角;"扫描类型"用于设置加工区域轨迹的拓扑结构等等。

随着数控机床在生产实际中的广泛应用,数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中,要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此,编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则,从而保证零件的加工质量和加工效率,充分发挥数控机床的优点,提高企业的经济效益。