基于Pro/E榴弹数控加工辅助系统设计

刘红军，李 帅，胡玉辉，郝 博

（1. 沈阳理工大学，沈阳 110168；2. 沈阳职业技术学院，沈阳 110045）

0 引言

榴弹是炮兵主要常规武器，其使用量巨大。榴弹弹体的加工效率和精度关系到榴弹是否能及时供应部队以及榴弹命中精确度，对国防意义重大，目前各弹箭制造厂已基本采用数控设备进行弹体加工。数控加工效率和精度的影响因素较多，其中加工工艺及数控编程是制约数控加工效率的主要因素。数控加工对加工工艺提出了更高的要求，数控加工工艺参数选择的是否恰当对数控加工的质量和效率有非常大的影响。

与数控加工工艺相关的参数很多，例如起刀点、退刀点、切削方式等，这些基本靠工艺设计和编程人员的经验和知识确定。另外对数控编程及加工影响较大的是切削用量的确定。切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量、进给量。对于不同的加工条件，需要选择不同的切削用量，并编入程序单内，这些参数的确定对编程人员的要求更高。

当前，各主要弹箭厂家设计制造采用的是Pro/E软件完成，设计完成的产品数字化模型可直接交给CAM，完成数控程序的生成和加工的仿真。但CAM中前置参数的给定和输入需要在多个页面完成，且重复工作较多。

本文将结合76榴弹弹体加工为例，介绍数控加工工艺参数辅助系统，在此基础上完成数控车削（粗车、精车）数控程序的自动生成及其仿真。

1 数控工艺查询系统设计

数控加工工艺参数的确定有两种方法，一种是通过机械加工工艺手册，根据不同的切削条件进行查表方式获得；另外一种则是根据已有经验，通过派生的方式获得。两种方式各有特点，在产品制造中经常用到。为了提高工艺参数查询确定效率，本系统提供了基于机械加工工艺手册的切削用量的查询及基于经验数据的查询及管理两大模块。通过信息处理流程的分析和归纳，其总体结构如图1所示。

系统界面与数据库之间通过数据录入及编辑、分类查询机系统设置相联系。

切削加工方法很多，包括车削、铣削、钻削、镗削、拉削、磨削、精密加工和超精密加工、特种加工、螺纹加工、齿轮加工、花键加工等，这里考虑到弹体加工的特点及企业的需求，仅建立了其中较为常用的钻、车削、铣削、螺纹加工的工艺参数的手册数据自动查询，以及经验值查询与保存功能。并预留了几个加工方法以供扩充。

1.1 Pro/E集成

Pro/E提供了二次开发工具Pro/Toolkit，通过该工具可采用Visual C++进行二次开发。利用Pro/Toolkit技术将所开发的参数管理子系统集成到Pro/E软件中，在利用Pro/E软件进行数控加工编程时可很方便的调用辅助系统进行参数的管理及向CAM中参数的输入。

本文中采用菜单文件注册的方式将自定义菜单添加到Pro/E，如图2所示。

图2 系统菜单

1.2 查询界面的设计

采用Visual C++ MFC对总体界面以及各功能界面进行设计。如图3所示为车削加工的切削用量查询及经验数据的管理界面。其中上半部分为通过手册进行查询，下半部分为经验数据查询。界面中包括粗车、精车以及切断和切槽三个页面。通过该界面指定必要的查询条件，如粗车时，指定工件材料、直径、车刀类型等即可完成相应参数的检索。手册中进给量查询值为一推荐范围，这里将推荐范围列在文本框中供参考，编程人员根据切削条件的好与差从中选择一合适的值。

其他加工如铣削、钻削加工查询界面与车削设计原理与总体布局基本相似。

1.3 数据库的选择及建立

数控加工工艺参数数据类型相对单一，数据关系不很复杂，故采用Access作为数据库工具，将所需数据录入到数据库里，建立加工余量数据库及经验查询数据库两个数据库。

对于机械加工工艺手册上的数据表种类较多，结构不完全相同。有些数据表并不适合计算机直接进行处理，因此，在建立数据库的过程中，首先对数据进行了适当的处理，按关键数据对各个数据图表进行了重新组织，形成二维表。另外，程序中为了用户使用的方便，对部分数据进行了必要的处理。例如，图3车削查询中，由于不同车刀刀杆尺寸对应的工件直径不同，为方便用户查询，当一种刀杆尺寸选定后，对应的在工件直径下拉框中仅出现与这种刀杆所能加工相对应的工件直径。例如：当选择刀杆为16X25，在工件直径下拉框里就只有20，40，60，100，400。

图3 车削切削用量查询及管理

数据库的连接采用ODBC数据源绑定的方式实现，该方式对固定数据源实现访问比较简单。通过Windows控制面板上管理工具建立Accesss数据库连接的数据源，从而完成Visual C++程序与数据库的连接，进而在程序中通过记录集对数据库中各相应的数据表进行操作。

2 Pro/E 弹体加工CAM实现

2.1 Pro/E CAM中参数给定

采用Pro/E自动生成榴弹弹体外廓数控加工代码主要经过建模→装配零件和毛坯图→前置参数设置→加工区域的选择→生成刀具路径→后置处理生成G代码等步骤，其中建模在三维数字化造型设计子系统中已完成，故零件图和毛坯图三维模型可直接调用。

Pro/E CAM设置中包括前置参数管理，其功能实现通过多个对话框对相关参数（包括切削用量）进行设置，操作繁琐且易出错。本文中将所获得的切削用量参数及其它操作参数按Pro/E内部数据格式写入一Pro/E可读的数据文件，直接通过检索就可把参数自动写入Pro/E中，无需通过多个页面逐个输入，即可完成前置参数输入，并且在每次设计优化刀路时，前置参数基本没有改变，因此通过对预置好的数据文件进行检索来完成多个参数的输入，减少重复输入过程，可大幅提高数控编程效率。

Pro/E CAM中车削类型分为区域车削、轮廓车削，分别对应粗车和精车。其所对应的数据文件内容不尽相同。现以轮廓车削为例，前置参数确定需要将当前工序所用刀具编号，切削用量等输入特定数据文件中。通过图3界面中的“输出”按钮实现，下面的程序完成了刀具编号和主轴转速向数据文件写入：

m_daohao.GetWindowText(Strtemp);

sprintf(s,''TOOL_ID%s '',Strtemp);

mFile.WriteString(s);

sprintf(s,''SPINDLE_SPEED %.2f '',m_Qiegesudu);

mFile.WriteString(s);

同样可将界面中所获得的背吃刀量、进给量等信息按要求格式写入该数据文件中。

2.2 Pro/E CAM中数控代码生成

首先用对齐、选择坐标系等任一方式可以把零件和毛坯图装配好，进行前置参数给定，调用数控工艺查询界面进行查询，并将各参数输出到特定的数据文件中，通过CAM中的检索功能将各前置参数输入。对加工区域进行选择及指定刀具路径后，生成刀位数据。调用特定的后置处理文件即可生成特定机床的数控加工程序。

3 加工仿真

加工仿真是数控程序检验中很重要的一个步骤。数控代码的生成步骤如下：

为了检测刀具是否有干涉等现象，在加工仿真环节中，可令刀具单步动作，以检测刀路是否合理（如图4）。若有不合理之处，只需重新指定加工区域和刀具路径来进一步优化刀路，而对其它设置只需检索一下前面已输出的文件即可，无需重新对前置参数再一一设置了。

图4 数控车削仿真

4 结论

本文采用Pro/E提供的二次开发工具Pro/Toolkit结合VC++作为开发工具，完成了与Pro/E的集成。利用数据库技术建立了数控加工工艺参数查询管理系统，通过Pro/E CAM提供的检索方式实现了某弹体加工的前置参数输入及加工仿真。系统中以车削（粗车、精车、切断切槽）为例对各部分设计实现进行了说明。该辅助系统界面友好，使用方便，可提高数控加工效率。

[1] 黄如林.切削加工简明实用手册.北京:化学工业出版社,2004.

[2] 李世国.Pro/TOOLKIT程序设计[M].北京:机械工业出版社,2003.

[3] 刘文波,段智敏,陈白宁.数控机床结构、原理与编程技术[M].沈阳:东北大学出版社,2005.

[4] 张海棠.Visual C++编程指南[M].北京:航空工业出版社,2000.

[5] 宋斌,陈玉亭,等.《Visual C++ 6.0教程》[M].北京:北京希望电子出版社,2000.