基于Pro/E的機械工件參數化建模與數控加工仿真

周緯遠 何永玲 賈廣攀

摘? 要：Pro/E是當前主流的三維設計軟件產品，該文針對當前三維設計軟件參數化建模與仿真加工完全割裂開，不能在同一軟件實現數據集成的問題，基于Pro/E三維設計軟件，通過對工件的全面解讀與分析，利用參數化方法對工件進行了建模，并結合Pro/E強大的數控仿真工功能，通過工件材料、刀具等合理選擇，以及加工工藝的科學制定，對該工件進行了仿真加工模擬。

關鍵詞：Pro/E軟件? 參數化建模? 數控仿真? 加工制造

中圖分類號：S222? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻識碼：A文章編號：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的簡稱，是美國參數技術公司（PTC）旗下的一款CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件，能實現參數化造型、產品設計、加工制造仿真、造型與裝配等功能，是國內三維設計軟件主流產品。具有建模速度快、3D設計直觀、圖形增強后真實感強、仿真功能強大、人機交互操作界面友好等諸多優點。該文利用Pro/E軟件強大的三維設計功能，對工件進行了參數化建模，并借助其加工仿真功能進行了數控加工仿真。

1? 基于Pro/E的工件參數化建模

1.1 工件圖樣分析

工件如圖1所示，其材料為45鋼，工件主體為為非回轉體。工件主要由一個長方體料塊通過去除材料加工形成，其主要特征有Φ25和Φ18以及2個Φ13的孔，2個M6的螺紋孔，以及兩側對稱固定環的R20和R15圓弧。

1.2 工件參數化建模

參數化建模分參數修改法和完全程序化參數建模法。參數修改法是先通過Pro/E軟件的建模特征樹，構建約束關系，再通過修改特征樹指定參數至二維圖紙尺寸得到，如需再次修改圖形，就通過修改特征樹制定參數尺寸完成模型重新生成構建。完全程序化參數建模則完全是由程序控制，不需要模型庫支持，通過軟件的API數據調用程序生成模型，如需修改圖形，需重新運行一遍程序。文章選用參數修改法建模。

模型通過拉伸（帶厚度及去除材料兩種）、鏡像、基準平面平移、插入孔、修飾螺紋等特征操作完成參數化模型構建，如圖2所示。

2? 基于Pro/E的工件數控加工仿真

2.1 機床選擇及工藝分析

該零件加工厚度最大處為71 mm，且為非回轉體，不利于車床三角卡盤裝夾，因為圖紙中無加工精度要求，所以加工該零件各個表面統一粗糙度，則無需進行粗銑—半精銑—精銑過程，綜合以上因素，俯視圖的所有輪廓、表面及兩個固定環換的孔選擇數控銑床進行加工，可以減少刀具的裝夾次數及加工次數。端面的Φ18孔和Φ25孔選擇數控鉆床進行鉆—擴—鉸的工藝流程加工。

2.2 刀具的選擇及材料

由2007版王先奎主編《機械加工工藝手冊》查得硬質合金刀具、高速鋼刀具及常用的鉆頭和鉸刀、螺紋刀，都是使用較多的刀具，且在市場易于得到，便于在刀具磨損時實現刀具的即時互換，因此選擇硬質合金刀具。選刀及明細見表1。

2.3 制訂工藝路線

根據以上刀具材料及工藝分析，結合工程圖中對于表面精度無要求，則在加工過程中無需進行粗銑—半精銑—精銑過程，則在機械加工過程中就無需留下精加工余量，只需在毛坯加工過程中適當降低步長深度，使切削量不要過大超過機床剛度及影響工件表面質量即可。

（1）對于上表面，因為減去凸臺部分長度為166 mm，且距離凸臺高度為35 mm，且無表面精度要求，因此在銑削時可以采用直徑大于166 mm的硬質合金鋼刀具，步長深度小，利用多次銑削的方法銑出，減少加工次數。

（2）因為高速鋼立銑刀多用于加工凹槽和凸臺，且凹槽內表面也無精度要求，所以用高速鋼立銑刀加工零件“工”字形凹槽，并一次加工完成。

（3）對于所有的孔進行加工，一般加工至IT7級，因為兩個固定環的內孔與零件上表面處于同一平面，可以通過銑削加工一次完成，減少了鉆孔時的裝夾及加工次數，其余孔均選用數控鉆床進行鉆—擴—鉸工藝流程（兩個螺紋小孔直接打出），減少了對刀具的磨損及對機床剛度的破壞。

因為工程圖中并未標出對于表面精度的要求，因此在加工過程中可適當提高機床轉速以適當提高工件表面精度。

2.4 工序卡

具體情況見表2

2.5 數控加工仿真流程（部分）

工件主要采用的是銑床完成加工過程，因此屬于去除材料型的加工類型。

（1）新建制造文件選擇“制造”及利用“NC組件”子類型，根據三維模型的“長*寬*高”自動生成長方體毛坯。

（2）工件表面輪廓加工。進行機床選擇、刀具參數、加工零點、退刀、曲面、序列參數設置見圖3、圖4。

（3）同樣的參數設置程序對工件的外輪廓、內部“工”字型凹槽、鉆孔等加工見圖5、圖6、圖7。

該文基于Pro/E三維設計軟件，利用其建模功能構建了工件的參數化模型，并結合Pro/E強大的數控仿真加工功能，對工件進行了數控加工仿真模擬，希望Pro/E的引入及使用能為地方高校機械課程開展學習以及地方制造業的發展有所貢獻。

參考文獻

[1] 徐珂，葉娟，朱繪麗，等.基于Pro/E的農耕機優化設計[J].農機化研究，2020，43（4）：225-229.

[2] 彭志榮.基于Pro/E的注射模設計系統的研究[J].模具制造，2019，19（11）：51-53.

[3] 呂雪，吳明明.基于Pro/E的裝載機舉升機構優化設計N0345X28[J].廊坊師范學院學報：自然科學版，2019，19（4）：45-47.

[4] 程美.基于PRO/E的發動機活塞參數化實體建模[J].現代商貿工業，2019，40（29）：212-213.

[5] 門超.斜齒輪設計與數控加工仿真的研究[D].河北科技大學，2015.

[6] 陳全明.面齒輪傳動系統的設計研究及應用[D].哈爾濱工業大學，2017.