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基于Pro/E的机械工件参数化建模与数控加工仿真

范文

周纬远何永玲贾广攀

摘? 要：Pro/E是当前主流的三维设计软件产品，该文针对当前三维设计软件参数化建模与仿真加工完全割裂开，不能在同一软件实现数据集成的问题，基于Pro/E三维设计软件，通过对工件的全面解读与分析，利用参数化方法对工件进行了建模，并结合Pro/E强大的数控仿真工功能，通过工件材料、刀具等合理选择，以及加工工艺的科学制定，对该工件进行了仿真加工模拟。

关键词：Pro/E软件? 参数化建模? 数控仿真? 加工制造

中图分类号：S222? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献识码：A文章编号：1672-3791（2021）02（b）-0049-04

Parametric Modeling and Numerical Control Machining Simulation of Mechanical Work Piece Based on Pro/E

ZHOU Weiyuan? HE Yongling*? JIA Guangpan

（North Bay University， School of Mechanical and Marine Engineering，Qinzhou， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 535011? China）

Abstract： The Pro/E is the current mainstream of 3D design software products. Aiming at the current 3D design software parametric modeling and simulation processing is completely separate， not in the same software to realize the problem of data integration， based on Pro/E 3D design software， through the comprehensive interpretation and analysis of the work piece， using parametric modeling method on the work piece， and connecting with the Pro/E's powerful numerical simulation work function， through the work piece materials， cutting tool and reasonable selection， and the processing technology of science， the paper has carried on the simulation to the work piece machining simulation.

Key Words： Pro/E software; Parametric modeling; Numerical control machining simulation; Manufacturing

Pro/E是Pro/Engineer的简称，是美国参数技术公司（PTC）旗下的一款CAD/CAM/CAE一体化的三维软件，能实现参数化造型、产品设计、加工制造仿真、造型与装配等功能，是国内三维设计软件主流产品。具有建模速度快、3D设计直观、图形增强后真实感强、仿真功能强大、人机交互操作界面友好等诸多优点。该文利用Pro/E软件强大的三维设计功能，对工件进行了参数化建模，并借助其加工仿真功能进行了数控加工仿真。

1? 基于Pro/E的工件参数化建模

1.1 工件图样分析

工件如图1所示，其材料为45钢，工件主体为为非回转体。工件主要由一个长方体料块通过去除材料加工形成，其主要特征有Φ25和Φ18以及2个Φ13的孔，2个M6的螺纹孔，以及两侧对称固定环的R20和R15圆弧。

1.2 工件参数化建模

参数化建模分参数修改法和完全程序化参数建模法。参数修改法是先通过Pro/E软件的建模特征树，构建约束关系，再通过修改特征树指定参数至二维图纸尺寸得到，如需再次修改图形，就通过修改特征树制定参数尺寸完成模型重新生成构建。完全程序化参数建模则完全是由程序控制，不需要模型库支持，通过软件的API数据调用程序生成模型，如需修改图形，需重新运行一遍程序。文章选用参数修改法建模。

模型通过拉伸（带厚度及去除材料两种）、镜像、基准平面平移、插入孔、修饰螺纹等特征操作完成参数化模型构建，如图2所示。

2? 基于Pro/E的工件数控加工仿真

2.1 机床选择及工艺分析

该零件加工厚度最大处为71 mm，且为非回转体，不利于车床三角卡盘装夹，因为图纸中无加工精度要求，所以加工该零件各个表面统一粗糙度，则无需进行粗铣—半精铣—精铣过程，综合以上因素，俯视图的所有轮廓、表面及两个固定环换的孔选择数控铣床进行加工，可以减少刀具的装夹次数及加工次数。端面的Φ18孔和Φ25孔选择数控钻床进行鉆—扩—铰的工艺流程加工。

2.2 刀具的选择及材料

由2007版王先奎主编《机械加工工艺手册》查得硬质合金刀具、高速钢刀具及常用的钻头和铰刀、螺纹刀，都是使用较多的刀具，且在市场易于得到，便于在刀具磨损时实现刀具的即时互换，因此选择硬质合金刀具。选刀及明细见表1。

2.3 制订工艺路线

根据以上刀具材料及工艺分析，结合工程图中对于表面精度无要求，则在加工过程中无需进行粗铣—半精铣—精铣过程，则在机械加工过程中就无需留下精加工余量，只需在毛坯加工过程中适当降低步长深度，使切削量不要过大超过机床刚度及影响工件表面质量即可。

（1）对于上表面，因为减去凸台部分长度为166 mm，且距离凸台高度为35 mm，且无表面精度要求，因此在铣削时可以采用直径大于166 mm的硬质合金钢刀具，步长深度小，利用多次铣削的方法铣出，减少加工次数。

（2）因为高速钢立铣刀多用于加工凹槽和凸台，且凹槽内表面也无精度要求，所以用高速钢立铣刀加工零件“工”字形凹槽，并一次加工完成。

（3）对于所有的孔进行加工，一般加工至IT7级，因为两个固定环的内孔与零件上表面处于同一平面，可以通过铣削加工一次完成，减少了钻孔时的装夹及加工次数，其余孔均选用数控钻床进行钻—扩—铰工艺流程（两个螺纹小孔直接打出），减少了对刀具的磨损及对机床刚度的破坏。

因为工程图中并未标出对于表面精度的要求，因此在加工过程中可适当提高机床转速以适当提高工件表面精度。

2.4 工序卡

具体情况见表2

2.5 数控加工仿真流程（部分）

工件主要采用的是铣床完成加工过程，因此属于去除材料型的加工类型。

（1）新建制造文件选择“制造”及利用“NC组件”子类型，根据三维模型的“长*宽*高”自动生成长方体毛坯。

（2）工件表面轮廓加工。进行机床选择、刀具参数、加工零点、退刀、曲面、序列参数设置见图3、图4。

（3）同样的参数设置程序对工件的外轮廓、内部“工”字型凹槽、钻孔等加工见图5、图6、图7。

该文基于Pro/E三维设计软件，利用其建模功能构建了工件的参数化模型，并结合Pro/E强大的数控仿真加工功能，对工件进行了数控加工仿真模拟，希望Pro/E的引入及使用能为地方高校机械课程开展学习以及地方制造业的发展有所贡献。

参考文献

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