Pro/ENGINEER的钣金展开与数控加工

　　一、钣金加工工艺特点

　　在钣金件的折弯过程中，由于钣金零件折弯区产生塑性变形，所以展开图的尺寸与几何计算的尺寸不一致，考虑到折弯钣金件的展开尺寸与钣金件的厚度、折弯角、折弯半径和材料伸缩率等因素有关，需要进行专门的计算。

　　传统钣金件加工先以近似展开尺寸放样落料，预留后续加工余量后进行折弯，折弯后再修准尺寸、加工孔和槽。 这种工艺方法加工效率低、浪费材料，并且加工质量不易保证，但不需要精确的展开图尺寸。现代折弯钣金件加工工 艺以精确展开加工、零机械切削为特 点，先按展开图全部切割出外形，然后冲压孔、槽，最后折弯成型。这种工艺具有钣金零件的工艺路线简化、效率高和加工质量好等优点，但对钣金展开图 的精度要求高。

　　二、中钣金件典型设计方法与工作流程

　　PRO/ENGINEERngineer是美国PTC公司推出的功能强大的CAD/CAM参数化设计系统。其中钣金设计模块是用于钣金件的建立和展开的实用工具。典型的设计方法与工作流程如图1所示。

　　(1)在Pro/ENGINEER钣金模块中使用壁特征直接创建基础钣金零件，或将Pro/ENGINEER实体零件转化成钣金零件。钣金壁必须是所建立的模型的第一个特征。在建立第一壁之后，可以向模型中添加次要壁。

　　1)首先利用PRO/ENGINEER的实体模块，建立薄壁实体，然后利用PRO/ENGINEER的钣金转换命令，将其转换成钣金件，这样用实体方法建立的零件就具备了钣金件应有的特征，然后可在 PRO/ENGINEER钣金模块中进行展开。

　　2)直接利用PRO/ENGINEER的钣金设计模块，建立钣金零件，利用钣金模块中的薄壁特征，同实体模块类似，有拉伸、平整、混合、旋转等命令，还可通过折弯和成形命令建立复杂钣金件。这种方法建立的零件直接具备钣金件应有的特征，不需要做任何转换就可以在PRO/ENGINEER钣金模块中进行展开。

　　(2 )通过向模型中添加次要壁构 造钣金零件。使用钣金转换(SMT)特征(点止裂，边缝，裂缝连接，折弯和拐角裂缝)构建能被转换的零件。创建剪切，槽和冲孔成形特征;增加止裂槽、折弯特征、合并壁、延伸壁等;创建展平与折弯回去特征，计算折弯长度，创建平整状态。

　　(3)在Pro/ENGINEER钣金模块下， 创建折弯顺序表来为各个部分定义折弯的序列，在绘图中添加折弯顺序表。通过添加平整阵列来创建用于绘图和制造的平整模型。分别创建成形零件和平整 实例两种绘图来描述零件。

　　三、中钣金展开的作用、原理与方法

　　折弯钣金件PRO/ENGINEER展开方法与传统展开方法有着本质的区别，PRO/ENGINEER展开方法是一种参数化、智能化的三维CAD过程，是在程序完全模拟钣金实际折弯加工过程运算后，自动生成 钣金件的展开模型。在PRO/ENGINEER的钣金模块中创建钣金件的平整状态模型，用于检查零件的工艺性和绘制展开图。

　　1)PRO/ENGINEER的钣金件建模过程中应考虑钣金件加工中的工艺裂缝、折弯圆角等工艺性问题。如果零件模型有不符合实际加工的结构工艺性问题，PRO/ENGINEER将拒绝展开，在折弯状态下设计 的钣金零件，需要将其开展以显示其展开后的形状，验证零件展开后是否存在不合 工艺要求的干涉、变形、偏斜、歪扭。零 件的模型展开后其干涉部分PRO/ENGINEER 用警告色给出显示，。要修改零件的结构 直到没有展开干涉出现。

　　2)利用Pro/ENGINEER的绘图模块将展开的立体模型直接生成数控切割设备需要的二维图形格式，与数控冲床、数控激光切割机、数控折弯机等进行数据连接，从而能够实现钣金件的无纸加工。

　　在PRO/ENGINEER软件中进行展开时，系统均会自动计算材料被拉伸或者压缩的长度，其计算的公式为：L=(0.5π·R+Y·T)·(θ/90)。式中：L—钣 金件展开长度，t—折弯区的内侧半径， T—材料的厚度，θ—折弯角度，Y—Y因子。Y因子是指由折弯中心线的位置所决定的一个常数，是中性折弯线与材料厚度的比率。Y因子可由K因子计算出来， 其计算公式为：Y=K×(π/2)。Y因子在PRO/ENGINEER中的默认值为0.50，可以通过修改Config配置文件来修改(编 辑—>设置—>钣金件—>钣金件设置—> 折弯许可—>因子或者Y因子)。K因子是折弯内半径(中性层)与钣金件厚度的距离比。其计算公式为：K=t/T。

　　钣金件依据创建方法的不同，创建 其展开状态的方法也不同，对于可展开的表面和不可展开(不规则或不可展开的几何)的表面需要使用不同的工具。展开钣金件的时候可能还需要在几何上添加止裂缝，为避免展开时出现不符合工艺要求的变形，可能需要人为定义允许变形的区域。

　　在PRO/ENGINEER软件中，使用展平命令展开时主要有三种方法：

　　1)规则展平，此选项为PRO/ENGINEER默认选项，可将一般折弯面展开;

　　2 )过渡展平，此选项用以将转接 面展开为二维平面，典型的转接面以混 合的方式产生薄壁;

　　3)剖截面驱动展平，用此选项展开 钣金件时，先选取固定面再指定一条剖面 线，来决定变形曲面展开的形状。此方式 常用于展开具有不规则外形的薄壁。

　　& #10686;展开可展平的表面——规则展平

　　(展平选定/展平全部命令可以展开零件 一般的折弯面)。

　　& #10686;展开不可展平的表面——横截面 驱动展平(如展平法兰壁)和过渡展平

　　(如展平混合壁)(注：不可展开的曲面 指没有拉伸或变形就无法展平的曲面)。

　　& #10686; 转换为可展平的表面——添加裂 缝，创建变形区域(选取变形区域或草绘 出变形区域)，以及使用SMT转换工具。

　　四、中绘制展开图的步骤

　　(1)设置完成之后的PRO/ENGINEER

　　环境中的长度单位、视角标准等参数应与数控钣金设备所使用的一致，这样便于在PRO/ENGINEER完成二维视图之后直接输出。设置通常采用编辑Config配置 文件或通过设置菜单进行设置。

　　(2 )对标有单向公差的钣金模型取公差的中间值，对标有单向公差的零件需取公差的中间值来驱动模型。对于有公差要求的尺寸按其中间值进行加 工，在模型展开前应将尺寸标注上公差(设置—>尺寸边界—>中间—>所有)。

　　(3)设置正确的折弯系数表。绘制模型时应确保折弯内角输入正确，并在工程图中标注出折弯内角R值。不同材质、厚度的板料的折弯系数不同，即使材质和厚度相同板料，折弯内角不同，其折弯系数也不同。材质，厚度和折弯内角共同决定了零件的折弯系数(设置—>钣金件设置—>折弯许可—>折弯表—>set(current)—>确认—>来自文件)。

　　(4)建立族表实例或模型的简化 表示，用于绘制展开图。

　　1)为钣金零件创建一个族表，此表至少应包含两个实例--平整状态(包含平整阵列)和成形状态(隐含平整阵列)。用平整状态菜单选项在已设计的钣金模型中创建一个自动展平的平整阵列特征。平整阵列等同于展平全部，不同的是平整阵列自动跳到模型树的最后并且使模型始终显示为平整状态。

　　2)为钣金零件创建平整状态的简化表示：首先用展平全部命令创建钣金零件的平整状态，然后用折弯回去命令将零件再转换到成形状态(设计状态)。此时的模型中有平整状态，但最终显示为折弯的状态。此简化表示中将折弯回去特征删除，此时模型显示的是平整状态。

　　注：族表实例实际上是生成一个与原始模型相关的新模型文件，占用空间比较多，而在进行另存、移动位置等操作时存在的问题比较多，而简化表示只是遮蔽了原始模型的某些特征，不会生成一个新的模型，占用的空间比较少，所以笔者有时采用简化表示来绘制展开图。请注意展平全部与折弯回去命令组合也有它的缺点，它们会使零件尺寸膨胀。

　　(5)在钣金件设计模式下，创建一个折弯顺序表以定义各零件的折弯序列。

　　(6)绘制展开图。在零件工程图中增加一个页面(编辑—>增加页面) 放置展开图。注意将展开图的视图显示设置为切线中心线，将折弯线用切线 表示。绘图可显示标注尺寸、折弯中心线、折弯延伸区，以生成满足用户需求的图形。作为注释增加折弯顺序表。

　　1)使用多种表示绘图，零件设计图实用主表示，展开图使用平整状态的简化表示。再展开图页面上将用于绘制展开图而建立的简化表示增加进来(编辑—>设置—>绘图模型—>增加表示—> 选取凭证状态的的简化表示)。

　　2)使用多模型绘图，可同时包括平整状态和成形状态实例，在展开图页面上的将平整状态实例设为当前活动的绘图模型。

　　(7)输出展开图文件。直接过滤掉了尺寸标注、折弯中心线等数控钣金加工机床不需要的元素。将展开图以数控设备能识别的文件格式进行保存。展开图能以DXF、DWG、IGES等多种图形文件格式输出，可以很方便地与数控设备进行图形文件的数据交换，将相应格式的展开文件直接输入到数控钣金加工机床进行编程切割，实现无纸加工。

　　五、注意事项

　　为了确保零件展开尺寸正确，同时考虑到产品加工时的工艺要求，在建模时应该注意以下几个方面。注意这些事项有助于加工成型，使工作流程简化， 减小工人的工作量。

　　1)注意零件边角处搭接。零件搭接形式有搭接，对接，45°角对接等，通常情况下采用搭接，搭接时尽量采用短边搭接长边，其折弯顺序是先折短边，后折长边，在折弯机上按长边的长度安装 折弯模具就一次完成折弯而不用再拆卸刀具。直角折弯边搭接有圆弧边或非直角折弯边的方式，直角折弯的精度要比圆弧和非直角边的精度高，避免了由于加工精度差影响搭接处形状。在搭接缝 处应留0.1mm的间隙、在搭接边与折弯内角相接的尖角处倒角，避免干涉。

　　2)选择正确的工艺接口。根据零件搭接形式选择不同形状的工艺缺口(如圆孔或长孔)，工艺缺口的宽度尺寸根据数冲机床所配的模具而定。一般工艺缺口的深度等于后略大于材料厚度即可，在小角度锐角边折弯时，工艺缺口的长度尺寸要加大一些。工艺缺口的形式和尺寸可由工艺人员在编程时予以修正。

　　3)板材的厚度与标称值之间有误差，加工时注意实际购买的板材厚度与标称值之间的误差与公差，板厚误差将直接影响到加工后尺寸的精确程度。

　　4)注意数控冲机床的工件最大加工范围和一次定位能冲切的尺寸范围。有些机床的最大加工范围与一次定位能冲切的尺寸范围相同，有些则不同，这种情况下，加工一定尺寸以上的零件需要对板材进行移位。需要二次定位。二次定位的加工比一次定位的加工精度要差一些。

　　5 )在设计的时候把握展开料的尺寸，力争至少在一个方向上不超过工件最大加工范围，否则需要拼接，在零件的强度、精度、平整度、应力等方面都会产生影响。