1、本科毕业论文（20 届）基于 Pro/NC 三维零件实体造型与自动编程所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘要数控加工技术是制造工业现代化的重要基础，是自动控制在生产中的具体应用，是一个国家工业现代化水平高低的重要标志。近年来，由于计算机技术的迅速发展，数控技术的发展也相当迅速。传统的制造技术及制造模式正在被虚拟制造、柔性制造等先进制造技术取代。虚拟制造技术主要包括产品设计过程仿真和加工过程仿真。由于 CAD/CAM 软件的不断推出和更新，许多软件都具备了虚拟制造技术的功能。其中 Pro/ENGINEER 能够很好地实现这
2、一点。利用该软件可以直接进行二维和三维模型之间的相互转换。他具有统一的产品数据库管理功能，在零件设计、模具设计加工制造等各个环节对数据的修改，都可自动地反映到其他相关环节中，从而保证整个设计和制造中各个环节数据的统一。Pro/ENGINEER 提供了实现计算机自动化编程的完备途径，非常适合复杂形状零件的编程。 关键词： 虚拟制造；自动编程 ；Pro/NC本科生毕业论文IIAbstractCNC machining technology is an important foundation for the modernization of the manufacturing industry,
3、is the automatic control in the production of a specific application, is a national industrial modernization of an important indicator of the level. In recent years, due to the rapid development of computer technology, digital technology is quite rapid. Traditional manufacturing technology and manuf
4、acturing model is being virtual manufacturing, flexible manufacturing, advanced manufacturing technology to replace.Virtual manufacturing technology including product design, process simulation and process simulation. As CAD / CAM software, has introduced and updated, many software have the function
5、 of the virtual manufacturing technology. Including Pro / ENGINEER can do this very well. The software can be directly between two-and three-dimensional model conversion. He has unified product database management function, in part design, mold design, manufacturing and other aspects of the data cha
6、nges, can be automatically reflected in other relevant areas to ensure the design and manufacture of the unity of all aspects of the data. Pro / ENGINEER provides a complete realization of computer automation programming approach is very suitable for complex shaped parts of the programming.Keywords:
7、 Virtual Manufacturing ；Automatic programming ；Pro/NC本科生毕业论文III目 录第一章 前言 .11 数控编程及其发展 .12 NC 刀具轨迹生成方法研究发展现状 .13 Pro/Engineering 在自动编程中的应用 .3第二章 基于 Pro/E 零件三维造型 .41 三维模型的创建 .42 Pro/E 三维建模 .5第三章：基于 Pro/E NC 数控自动编程 .81 创建制造模型 .82 设置操作数据 .113 创建工件粗车削加工序列 .133.1 创建工件粗加工轮廓 .133.2 创建车削加工序列 .164 创建右侧轴车削加工序列
8、 .214.1 创建右侧轴加工轮廓 .214.2 创建车削加工序列 .235 创建左侧轴车削加工序列 .285.1 创建左侧轴加工轮廓 .285.2 创建车削加工序列 .306 数控加工后处理 .34小结 .41致谢 .42参考文献 .43本科生毕业论文1第一章 前言1 数控编程及其发展数控编程是目前 CAD/CAPP/CAM 系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。由于生产实际的强烈需求，国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。下面就对数控编程及其发
9、展作一些介绍。1.1 数控编程的基本概念数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。它的主要任务是计算加工走刀中的刀位点（cutterlocationpoint 简称 CL 点） 。刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。1.2 数控编程技术的发展概况为了解决数控加工中的程序编制问题，50 年代，MIT 设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言，称为 APT（AutomaticallyProgrammedTool） 。其后，APT 几经发展，形成了诸如 APTII、APTIII（立体切削用） 、APT（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能） 、APTAC
10、（Advancedcontouring）(增加切削数据库管理系统)和APT/SS（SculpturedSurface）(增加雕塑曲面加工编程功能)等先进版。采用 APT 语言编制数控程序具有程序简炼，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素.APT 仍有许多不便之处：采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和 CAD 数据库和 CAPP 系统有效连接；不容易作到高度的自动化，集成化。针对 APT 语言的缺点，1978 年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、
11、分析、NC 加工一体化的系统，称为为 CATIA。随后很快出现了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM 及 NPU/GNCP 等系统，这些系统都有效的解决了几何造型、零件几何形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证等问题，推动了 CAD 和 CAM 向一体化方向发展。到了 80 年代，在CAD/CAM 一体化概念的基础上，逐步形成了计算机集成制造系统（CIMS）及并行工程（CE）的概念。目前，为了适应 CIMS 及 CE 发展的需要，数控编程系统正向集成化和智能化方向发展。在集成化方面，以开发符合 STEP（
12、StandardfortheExchangeofProductModelData）标准的参数化特征造型系统为主，目前已进行了大量卓有成效的工作，是国内外开发的热点；在智能化方面，工作刚刚开始，还有待我们去努力。2 NC 刀具轨迹生成方法研究发展现状数控编程的核心工作是生成刀具轨迹，然后将其离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序。下面就刀具轨迹产生方法作一些介绍。2.1 基于点、线、面和体的 NC 刀轨生成方法CAD 技术从二维绘图起步，经历了三维线框、曲面和实体造型发展阶段，一直到现在本科生毕业论文2的参数化特征造型。在二维绘图与三维线框阶段，数控加工主要以点、线为驱动对象，如孔加工，轮廓加
13、工，平面区域加工等。这种加工要求操作人员的水平较高，交互复杂。在曲面和实体造型发展阶段，出现了基于实体的加工。实体加工的加工对象是一个实体（一般为 CSG 和 BREP 混合表示的） ，它由一些基本体素经集合运算（并、交、差运算）而得。实体加工不仅可用于零件的粗加工和半精加工，大面积切削掉余量，提高加工效率，而且可用于基于特征的数控编程系统的研究与开发，是特征加工的基础。实体加工一般有实体轮廓加工和实体区域加工两种。实体加工的实现方法为层切法（SLICE） ，即用一组水平面去切被加工实体，然后对得到的交线产生等距线作为走刀轨迹。本文从系统需要角度出发，在 ACIS 几何造型平台上实现了这种基于
14、点、线、面和实体的数控加工。2.2 基于特征的 NC 刀轨生成方法参数化特征造型已有了一定的发展时期，但基于特征的刀具轨迹生成方法的研究才刚刚开始。特征加工使数控编程人员不在对那些低层次的几何信息（如：点、线、面、实体）进行操作，而转变为直接对符合工程技术人员习惯的特征进行数控编程，大大提高了编程效率。W.R.Mail 和 A.J.Mcleod 在他们的研究中给出了一个基于特征的 NC 代码生成子系统，这个系统的工作原理是：零件的每个加工过程都可以看成对组成该零件的形状特征组进行加工的总和。那么对整个形状特征或形状特征组分别加工后即完成了零件的加工。而每一形状特征或形状特征组的 NC 代码可自
15、动生成。目前开发的系统只适用于 2.5D 零件的加工。LeeandChang 开发了一种用虚拟边界的方法自动产生凸自由曲面特征刀具轨迹的系统。这个系统的工作原理是：在凸自由曲面内嵌入一个最小的长方块，这样凸自由曲面特征就被转换成一个凹特征。最小的长方块与最终产品模型的合并就构成了被称为虚拟模型的一种间接产品模型。刀具轨迹的生成方法分成三步完成：（1） 、切削多面体特征；（2） 、切削自由曲面特征；（3） 、切削相交特征。特征加工的基础是实体加工，当然也可认为是更高级的实体加工。但特征加工不同于实体加工，实体加工有它自身的局限性。特征加工与实体加工主要有以下几点不同：从概念上讲，特征是组成零件的
16、功能要素，符合工程技术人员的操作习惯，为工程技术人员所熟知；实体是低层的几何对象，是经过一系列布尔运算而得到的一个几何体，不带有任何功能语义信息；实体加工往往是对整个零件（实体）的一次性加工。但实际上一个零件不太可能仅用一把刀一次加工完，往往要经过粗加工、半精加工、精加工等一系列工步，零件不同的部位一般要用不同的刀具进行加工；有时一个零件既要用到车削，也要用到铣削。因此实体加工主要用于零件的粗加工及半精加工。而特征加工则从本质上解决了上述问题；特征加工具有更多的智能。对于特定的特征可规定某几种固定的加工方法，特别是那些已在 STEP 标准规定的特征更是如此。如果我们对所有的标准特征都制定了特定
17、的加工方法，那么对那些由标准特征够成的零件的加工其方便性就可想而知了。倘若 CAPP系统能提供相应的工艺特征，那么 NCP 系统就可以大大减少交互输入，具有更多的智能。而这些实体加工是无法实现的；本科生毕业论文3特征加工有利于实现从 CAD、CAPP、NCP 及 CNC 系统的全面集成，实现信息的双向流动，为 CIMS 乃至并行工程（CE）奠定良好的基础；而实体加工对这些是无能为力的。Pro/NC是 ProE 中实现计算机辅助制造的模块，它可以实现 3D CAD 与 CAM 的集成，支持各种类型的数控机床和数控系统的辅助编程，广泛应用于模具加工、航空航天制造业等领域。3 Pro/Enginee
18、ring 在自动编程中的应用 在产品的数控加工编程方面，Pro/ENGINEER 软件提供了功能强大的数控编程模块Pro/NC。该 CAM 模块和 CAD 模块集成在一起，具有强大的数控加工编程和后置处理功能。其 CAM 模块可分别对各种加工机床的各种加工方式进行数控加工编程。能产生生产过程规划，提供参数化的刀位轨迹生成，并计算加工时间。所具有的数控车削、铣削和线切割加工编程功能，支持车削中心、5 轴铣削中心和 4 轴线切割数控加工，具备完整关联性，对任何设计更改，能自动生成加工程序和资料。利用 CAM 模块生成的刀具轨迹文件称为CLData(Cutter Location Data)，通过
19、NcCheck 进行仿真加工检测切削状况，提供的Vericut 模拟功能可以模拟材料的去除过程，为用户进行切削过程快速校验和刀具轨迹优化设计提供指导，以预测误差和干涉过切。产生的 CL 刀位文件经 Ncpost 或 Gpost 后置处理产生 NC 代码。其提供的后置处理程序能满足如Fanuc、Heidenhain、Simense、Mitsubishi、Mazak、Agie 和 Charmilles 等数控系统。用户可以通过修改 Option File 文件(机床配置文件)和 FIL File 文件(数控机床系统接口文件)，产生适合自己数控机床系统的后置处理程序。Pro/Engineering
20、提供了数控加工模块 Pro/E NC，运用该模块可进行模具各零件的CAM，通过对加工模型、工件、刀具、机床及加工参数等进行合理的设置，经 Pro/E NC 处理为刀位数据文件；通过模拟加工，检测加工中的误差、干涉及过切等问题，设计出合理的制造流程文件；通过 Pro/E NC 后置处理模块，生成能驱动数控机床加工的数控代码，从而完成零件的数控加工过程。Pro/E NC 设计加工程序的流程与实际加工的思维逻辑是相似的。Pro/E NC 有多种加工方法，可满足加工中的多种需要，它们设置加工的步骤基本相同，总结如下图：本科生毕业论文4第二章 基于 Pro/E 零件三维造型运用 Pro/E 进行零件的三
21、维造型主要用的是 Pro/E 的零件模块，对于大多数普通用户来说，创建需要的三维实体模型是使用 Pro/ENGINEER 进行产品设计和研发的主要目的。因此，零件模块也是参数化实体造型最基本和最核心的模块。利用 Pro/ENGINEER 软件进行三维实体造型的过程，实际上就是使用零件模块依次进行创建各种类型特征，最终生成理想的模型的过程。1 三维模型的创建1.1 特征化造型的概念特征造型是几何造型技术的发展,它对诸如零件形状、尺寸、工艺、功能等相关信息的综合描述更直观和更具工程含义。基于特征的造型系统一般先将大量的标准特征或用户自定义特征存入数据库,在设计阶段调用特征库中的特征作为基本造型单元
22、进行建模,再逐步输入几何信息、工艺信息,建立零件的特征数据模型,并将其存入数据库。基于特征的造型方法大大地提高了设计效率和质量,同时在设计过程中设计人员可方便地进行特征的合法性、相关性检查,便于组织复杂的特征。特征建模过程实际上是一系列特征的累加过程。在三维建模中主要有以下 3 种特征: (1)实体特征 它是构建三维模型的基本单元和主要设计对象。实体特征可以是正空间特征(如实体的突出部分),也可以是负空间特征(如实体上的孔、槽等)。在 Pro/E 中,根据建模方式和原理的差异,把实体特征进一步分为基础特征和工程特征基础特征是三维模型设计的起点,包括拉伸特征、旋转特征、扫描特征和混合特征等。工程
23、特征是在基础特征上的附加特征,它的创建依赖于已存在的基础特征,是有一定工程应用价值的特征,包括孔特征、肋特征、倒角特征和拔模特征等。(2)曲面特征 它是一种没有质量和体积的几何特征,对曲面的精确描述比较复杂,在目前三维造型中通常采用“B 样条曲线”为基础,通过曲率分布图对曲线进行编辑,进而得到高质量的曲面造型曲面特征主要用于产品的概念设计、外形设计和逆向工程等设计领域。(3)基准特征 指参数化设计的基准点、基准轴、基准曲线、基准平面和坐标系等。一般来说,基准特征主要用于辅助三维模型的创建。1.2 Pro/E 建模的一般过程Pro/E 是美国 PTC(Parametric Technology
24、Corporation)公司推出的 CAD/CAM/CAE 一体化软件,该软件集机械设计、模具设计、加工制造、钣金设计、机构分析、有限元分析和关系数据库管理等功能于一体,是目前国际上专业设计人员使用最为广泛、功能强大的新一代产品造型和动态仿真软件。利用 Pro/E 建模首先从整体研究将要建模的零件,分析其特征组成,明确不同特征之间的关系和内在联系,确定零件特征的创建顺序,在此基础上进行建模、添加工程特征等设计。通过二维平面草绘图的旋转、拉伸、扫描和混合等工具来实现三维实体模型的构建。Pro/E本科生毕业论文5三维模型将线框、曲面和实体三者有机地结合起来,形成一个整体,整个建模过程是基于特征为基
25、本单位的参数化设计过程。其中参数包括几何参数和尺寸参数。几何参数确定了实体特征基本位置的固定关系,尺寸参数决定了产品外观尺寸和相对距离。利用参数可以准确控制和修改所建立的三维模型。2 Pro/E 三维建模Pro/E 建模的一般过程如下:(1)建立或选取基准特征作为模型空间定位的基准:如基准面、基准轴和基准坐标系等。建立每个实体特征时,都要利用基准特征作为参照;(2)建立基础实体特征:拉伸、旋转、扫描、混合等;(3)建立工程特征:孔、倒角、肋、拔模等;(4)特征的修改:特征阵列、特征复制等编辑操作；(5)添加材质和渲染处理。Pro/ENGINEER 中进入零件模块的具体操作步骤如下。（1） 在菜
26、单栏中选取“文件”/“新建”命令，或者单击系统工具栏中的“新建”按钮，系统将弹出如图 2-1 所示的“新建”对话框。图 2-1（2） 在“类型”中选择“零件”单选按钮，在“子类型”中选择“实体”单选按钮。在“名称”文本框输入文件名，如果不输入文件名，则按系统默认的文件名命名。（3） 选中“使用缺省模板”前面的复选框。在新建 Pro/ENGINEER 文件时，系统默认的是英制单位，如果用户要选用公制单位，可取消选中的“使用缺省模板”复选框，然后单击“新建”对话框中的“确定”按钮，此时系统弹出如图 2-2 所示的“新文件选项”对话框，选取“mmns_part_solid” ，在单击“新文件选项 ”对话框中的“确定”按钮，回到“新建“对话框。本科生毕业论文6（4） 单击“新建”对话框中的“确定”按钮，完成新建零件文件。三维零件造型如图 2-3、2-4 所示图 2-3图 2-4
