1、数控加工自动编程数控加工自动编程任课教师：李茂月任课教师：李茂月2012年年3月月主要参考书UG NX4数控加工自动编程 查道涛北京：北京：机械工业出版社 2007.4数控加工自动编程UG NX详解 吴明友 北京：清华大学出版社，北京：清华大学出版社，2008年年 第一版第一版UG NX4 自学手册数控加工篇 张百涛 北京：人民邮电出版社，2007UG NX 数控编程技术基础 赵东福 南京大学出版社，20071.1 数控编程的目的和发展数控编程的目的和发展一、数控编程的目的一、数控编程的目的 驱动数控铣床铣床把零件加工出来。二、数控编程的发展二、数控编程的发展 数控编程经历了手工编程、APT语
2、言编程和交互式图形编程3个发展阶段。目前，交互式图形编程是普遍采用的自动编程方法。手工编程手工编程是利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并编制指令。这种方式比较简单，很容易掌握，适应性较强。可用于复杂程度低，计算量不大的零件编程，是最早发展的编程方法，也是其他编程方法的基础。通常，自动编程自动编程是指用计算机和编程软件进行编程。第第1章章 CAM的入门知识的入门知识手工编程手工编程VS自动编程自动编程据统计：据统计：用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为时间之比，平均约为 30：1；数控机床不能开
3、动的原因中，有数控机床不能开动的原因中，有20-30%是由于加工程是由于加工程序不能及时编制出造成的。序不能及时编制出造成的。编程自动化是当今的趋势编程自动化是当今的趋势B A C KS P A C EC T RLIN SC RT A BA L T0S H IF T ZE N D WH OM E TP g Dn OP g Up JR S T E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABE S C1 4 彩 色显 示 器空运行Z 轴锁定MST 锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG主轴正转主轴停 主轴反转急停超程解除循环驱动进给保持冷却液开关 刀松/刀紧主轴修
4、调16010进给修调16050403020100电 源关开1自动方式选择回零手摇点动步进单段驱 动 器NC机床电源XYZA主轴超程报警手摇脉冲发生器2010 090增量倍率1000101001坐标轴选择Z YXO2002N01 G91 G00 G41 D01 X-50 Y25 S400 M03 M08 ；N02 M98P01L10 ；N03 G40 M02 ；#01工艺分析工艺分析手工编程的过程手工编程的过程自动编程的过程自动编程的过程 近年来，随着CAD/CAM一体化技术的发展和推广，极大地提高了产品设计和自动编程的效率与质量。CAD/CAM软件已成为数控加工自动编程系统的主流。这些软件具有
5、生动的图形显示功能，友好的人机界面，智能化的操作命令，可以用人机交互方式对零件的几何模型进行绘制、编辑和修改，从而得到零件的几何模型。然后对机床和刀具进行定义和选择，确定刀具相对于零件表面的运动方式、切削加工参数，生成刀具轨迹。最后经过后置处理，即按照特定机床规定的文件格式生成加工程序。通常软件还具有加工轨迹的仿真功能，以用于验证走刀轨迹和加工程序的正确性。使用这类软件通过交互式图形生成的方法把零件几何信息、拓扑信息、工艺信息输入计算机，对加工程序的生成和修改都非常方便，大大提高了编程效率。另一方面，由于交互式图形输入的直观性和易操作性，可以使编程操作中的失误大幅度地减少。1.2 UG CAM
6、概述概述 1.2.1 CAM的作用和地位 UG CAM是把虚拟模型变成真实产品很重要的一步，即把三维模型表面所包含的几何信息，自动进行计算变成数控机床加工所需要的代码，从而精确地完成产品设计的构想。UGS公司是全球全生命周期管理（PLM）领域软件与服务的市场领导者。它拥有6,800名员工、46,000家客户遍布全球62个国家、全球装机量近400万台套。UGS公司倡导软件的开放性与标准化，并与客户密切协作，提供个性化的企业解决方案，帮助客户进行管理流程的不断创新，以真正实现PLM所带来的价值。众所周知，UG是当今世界最先进的高端CAD/CAM/CAE软件之一，其各大功能高度集成。NX CAM 是
7、UGS的一套集成化的数字化制造和数控加工应用解决方案。NX的加工模块一直居行业领先，其加工功能完备，加工方法丰富，行业应用经验的成熟，是汽车船舶、航空航天、机械电子等行业首选加工软件之一。UGUG软件在现代制造业中的流程为：软件在现代制造业中的流程为：三维造型（CAD）-虚拟装配（Assembly）-分析（CAE）-工程图（Drafting）-加工（CAM）UG CAM就是UG的计算机辅助制造模块，与UG的CAD模块紧密地集成在一起。当今世界，UG属于最好的数控编程工具之一。一方面，UG CAM功能强大，可以实现对极其复杂零件和特别零件的加工，另一方面，对使用者而言，UG CAM又是一个易于使
8、用的编程工具。因此，UG CAM应当是相关企业和工程师的首选。特别是已经把UG CAD当作设计工具的企业，更应当以UG CAM作为编程工具。NC编程是面向实际的工作，而且UG CAM的功能强大，要学的内容比较多，因此，要学好UG CAM，关键在于多动手，反复尝试，通过动手来理解和掌握NC编程的技能。使用UG CAM将使得NC编程工作变得轻松容易。UG CAM可分为以下几个模块：1、基础模块 2、后处理模块 3、车加工模块 4、铣削加工模块 5、制造资源管理模块 6、机床仿真 7、线切割 8、NURBS样条轨迹生成器1.2.2 CAM与与CAD关系关系 三维模型是NX CAM编程前提，任何CAM
9、程序的编制都要有CAD模型作为加工的对象进行编程。因此，模型的难易、好坏程度也决定了编程的难度和加工误差，甚至坏的模型（模型存在破碎面，错位面等）在编程之前要大幅度的修改才能加工。在NX获得CAD模型主要有两种方式：（1）直接利用NX CAD创建的模型。（2）图档的数据转换，转换的途径主要有两种。直接利用NX数据转换器打开文件，实行数据交换，对于一些无法直接打开的可以利用NX的导入功能打开。二次转换：首先将文件生成通用数据格式，再利用NX数据转换器打开。假设是PROE文件，先使用PROE软件将文件生成STEP、IGES、CATIA等，然后再使用NX数据转换器打开。1.2.3 UG CAM的铣削
10、加工能力及其特点的铣削加工能力及其特点 UG CAM可以实现的主要铣削加工方式及其特点如下：(1)平面铣(P1anar Mill)：实现对平面零件(由平面和垂直面构成的零件)的粗加工和精加工。(2)型腔铣(Cavity Mill)：是三轴加工，主要用于对各种零件的粗加工，尤其是平面铣不能解决的曲面零件的粗加工。(3)固定轴曲面轮廓铣(Fixed Contour)：主要用于以三轴方式对零件曲面做半精加工和精加工。根据不同的加工对象，固定轴曲面轮廓铣可实现多种方式的精加工。(4)可变轴曲面轮廓铣(Variable Contour)：与固定轴曲面轮廓铣比较，可变轴曲面轮廓铣是以五轴方式针对比固定轴曲
11、面轮廓铣所加工的零件更为复杂的零件表面做半精加工和精加工。像固定轴曲面轮廓铣一样，根据不同的加工对象，可变轴曲面轮廓铣也可实现多种方式的精加工。(5)顺序铣(Sequential Mill)：以三轴或五轴方式实现对特别零件的精加工。其原理是以铣刀的侧刃加工零件侧壁，以端刃加工零件的底面。(6)点位加工(Point to Point)：用于钻、攻螺纹、铰孔、镗孔加工。(7)螺纹铣(Thread Milling)：凡是因为螺纹直径太大，不适合用丝锥加工的螺纹孔都可以利用螺纹铣加工方法解决。螺纹铣利用特别的螺纹铣刀通过铣削方式加工螺纹。1.2.4 自动编程的主要工作内容自动编程的主要工作内容1）零件
12、图样分析，确定零件的加工工艺）零件图样分析，确定零件的加工工艺 分析零件的几何要素与技术要求，明确加工内容，确定加工方法，选择机床、夹具、刀具和切削工艺参数，制订加工工艺路线，确定基准点、参考点和走刀路线（进给路线）。2）零件图形的数字化）零件图形的数字化 将零件图转化为实体模型，供计算机识别。注意实体模型的文件格式能够被自动编程软件所接受。3）给定初始条件，生成与编辑刀具轨迹）给定初始条件，生成与编辑刀具轨迹 输入初始条件，生成加工轨迹，根据实际加工状态对生成的轨迹进行裁剪、拼接等编辑处理，形成刀具轨迹。4）生成加工程序）生成加工程序 输入机床、刀具、切削用量等工艺参数和各种编程指令代码，计
13、算机会根据已有的刀具轨迹自动生成所需要的NC程序。目前，国内外图形交互式自动编程软件的种类很多，但其编程的基本原理和过程大体相同。编程人员应遵循一定的步骤进行编程工作，自动编程的主要步骤和工作内容如下。(1)分析加工零件。根据被加工零件的图样和数控加工工艺要求，分析待加工表面及约束面，确定所需的机床设备、零件的加工方法、装夹方法及工夹量具。确定编程原点及编程坐标系。一般根据零件的基准的位置以及待加工表面的几何形态，在零件毛坯上选择一个合适的编程原点及编程坐标系(也称为工件坐标系)。设置加工零件毛坯尺寸，确定对刀点和刀具原点位置。(2)几何造型。利用CAD/CAM软件的曲线、曲面造型、实体造型等
14、功能绘制零件加工图形(2D或3D图形)，与此同时，在计算机内自动生成零件的图形文件，作为下一步刀具轨迹设计的依据。1.2.5 1.2.5 自动编程的步骤自动编程的步骤(3)确定刀具和加工参数。确定所需刀具数量、刀具种类，设置刀具参数和走刀路线。设置不同加工种类的特性参数。(4)生成刀具轨迹并作适当编辑与修改。根据所选择的刀具和加工参数，系统自动生成刀具轨迹，对于刀具轨迹不合适的地方，要用人工交互方式进行编辑和修改。刀具轨迹计算的结果存放在刀位源文件之中。(5)刀具轨迹模拟与验证。利用CAD/CAM软件的刀具轨迹验证功能，可以对可能过切、干涉与碰撞的刀位点进行检验。(6)后置处理。运行数控编程系
15、统提供的后置处理程序，生成加工程序单(G代码)。(7)根据不同的数控系统对G代码作适当修改。(8)将正确的G代码传送到数控系统。零件图纸分析加工工艺决策刀位轨迹计算编写程序程序校验、试切加工程序输入数控编程过程 部件模型根据部件模型制定加工方法和顺序指定加工环境进入制造模型创建程序节点创建刀具节点创建几何节点创建加工几何节点进入操作创建对话框指定操作参数生成刀轨验证刀轨后处理生成NC文件生成车间工艺文件铣削加工编程的标准工作流程 启动UG NX 4.0后，系统将显示下图所示的操作界面。单击此按钮可以新建UG文件单击此标签可以选择UG的基本功能单击打开以前操作的UG文件这里是一些基本的帮助信息1
16、.3 UG NX 4.0的工作界面的工作界面 选择“文件”“新建”菜单或单击工具栏中的“新建”按钮，均可打开下图所示“新建”对话框。选择默认的新建文件类型（“模型”），单击“确定”按钮打开绘图界面。关于这些文件类型的意义，在下边“文件的新建”操作中将详细讲述 1.3.1 菜单栏菜单栏 与大部分软件一样，UG NX 4.0中的菜单提供了一组分类安排的命令，其工具栏提供了一组常用操作命令。标题栏 菜单栏 工具栏区导航栏 历史记录窗口绘图区 下面首先简要介绍一下各主菜单项的功能：文件文件：该菜单项主要提供了一组与文件操作相关的命令，如新建、打开、保存和打印文件等。编辑编辑：提供了一组与对象和特征编辑
17、相关的命令，如复制、粘贴、选择、移动、显示、隐藏、设置曲线参数等。视图视图：提供了一组与视图调整相关的命令，如模型的着色、渲染，设置布局、光源和摄像机等。插入插入：利用其中的命令可在模型中插入各种特征，以及将数据从外部文件添加到当前模型中。格式格式：用于控制图层、坐标系、引用集，将对象转移到需要的图层，将对象和特征进行编组操作等。工具工具：主要作用是放置使用者所有应用模块的工具，通过此菜单可开启所需的工具条，比如可选择“工具”“定制”菜单，在打开的对话框中就可以对各种工具条进行定制，另外还可以打开电子表格、表达式编辑框等实用工具。装配装配：装配菜单在装配模式下，具有较多的选项，比如可用于生成爆
18、炸视图、编辑装配结构、进行克隆等操作，在普通建模模式下只具有生成装配报告等功能。信息信息：其主要的功能是列出所指定的项目或零件的信息。分析分析：提供了一组测量和分析命令，使用这些命令可显示模型的有关信息并修改分析模型的参数，例如，比较两个零件间特征或几何的差异，测量模型的长度、角度、区域等几何属性，以及分析装配间隙等。首选项首选项：提供了一些选项，可用于设置当前的操作环境。窗口窗口：用于新建工作窗口，并设置窗口间的排列方式，以及在打开的窗口间切换等操作。帮助帮助：用来访问软件帮助主页，获取即时帮助，以及了解软件版本信息和客户服务信息等。1.3.2 工具条工具条 系统默认打开、并经常使用的工具条
19、是“标准”、“视图”、“实用”和“分析”工具条（位于工具栏区的上边一排），下面对这些工具条进行一下介绍。标准工具条 单击此按钮将弹出一“开始”菜单，选择菜单中的项可在UG的各个功能模块间切换这几个按钮分别用于“新建”、“打开”和“保存”文件的操作这几个按钮分别用于对对象进行“剪切”、“复制”、“粘贴”和“删除”操作这两个是“撤销”和“重新操作”按钮单击此按钮可生成所选择对象的分析报告，此报告是对象的详细说明文字通过单击该“下拉”按钮，在弹出的菜单中可以选择其他命令视图工具条单击此“适合窗口”按钮后，系统将自动调整工作视图，以显示视图中的所有对象单击此按钮后，在操作区画一个框，系统工作区将显示框
20、中的部分单击此按钮后，系统会根据选择的对象自动调整视图，以完全显示此对象这三个按钮分别用于“放大/缩小”、“旋转”和“平移”视图这两个按钮可将对象“截断”，以利于绘制一些复杂的对象这是一组切换视角的操作按钮，单击右侧的下拉按钮，可以令当前工作区以“左”、“右”、“前”等方向显示此按钮用于改变视图的投影方式，在“平行投影”和“透视投影”中切换这是一组改变对象的渲染方式的操作按钮，比如可以让对象只以线框显示通过此下拉按钮可以设置工具条中的其他操作按钮，也可隐藏按钮实用工具条 这两个按钮分别用于“显示/隐藏”坐标系和重定位当前的坐标系这三个按钮用于设置对象的显示和隐藏单击此下拉按钮可添加或删除实用工
21、具按钮此按钮用于调整对象的显示状态，比如调整对象的“图层”、“线形”、“透明度”和“颜色”等分析工具条 分析工具就是用来分析对象创建的是否正确的工具，比如可测量对象的“长”、“宽”，并测量角度等单击此下拉按钮可添加或删除分析工具按钮在此下拉列表中可设置当前限制选择的对象区域，比如可设置只能选择“边”、“面”、“实体”或“特征”等此按钮可以对选择对象的细节进行过滤，比如可设置只能选择“黄”颜色的对象等重置“选择杆”为初始状态这三个按钮功能分别为“隐藏选择线框”、“取消所有对象的选择”和“在部件导航器中查找”选择杆工具条 除了上面介绍的工具条外，UG还针对不同的工作模块提供了大量的实用操作工具条。
22、要打开或关闭这些工具条，可在工具条区域单击鼠标右键，然后从弹出的快捷菜单中进行选择。通常实用工具条中只显示了部分按钮。添加或移除按钮的方法为：单击工具条右上角的下三角按钮，然后单击“添加或移除按钮”按钮，选择相应的菜单进行设置。通过勾选来添加按钮显示了部分按钮 1.3.3 导航栏导航栏 装配导航器用于对组件进行装配，这两个导航器分别用于即时访问网站，以及查看历史操作记录Process Studio导航栏用于仿真控制，比如添加“电子冷却系统”等角色导航器用于设置当前工作界面中使用的系统功能，System visualization scene导航器用于设置“艺术外观”模式下的背景部件导航器用于切
23、换模型视图、切换摄像机视图、编辑表达式和对模型的历史记录进行操作等当需要对模型进行渲染或分析时，使用该窗口中的选项可以快速地定义模型的材料Manufacturing Wizards导航器为加工向导，窗口中提供的是进入CAM中各个功能模块的向导1.3.4 操作区操作区“操作区”也叫“绘图区”，是UG的工作区域，用于显示或制作模型。操作区 操作区的快捷操作菜单模型 绝对坐标系运行UG NX 4.0，新建或打开一个文件，单击工具条中的倒三角按钮 ，选择“添加或移除按钮”“定制”命令 11.4 上机实践上机实践工具条的定制工具条的定制在打开的“定制”对话框中取消“选择杆”前的“勾”，然后勾选“曲线”及
24、“曲面”项，完成后单击“关闭”按钮，完成工具条的定制 2添加的“曲线”和“曲面”工具条1.5.1 1.5.1 新建文件新建文件 启动UG NX 4.0后，单击“新建”按钮 或选择“文件”“新建”菜单 11.5 UG的文件操作的文件操作在打开的“文件新建”对话框中选择模型标签页中的“模型”项，设置其单位、名称及保存位置，然后单击“确定”按钮完成文件的新建 2文件类型1.5.2 1.5.2 打开和导入文件打开和导入文件 选择“文件”“打开”菜单或在工具栏中单击“打开”按钮，可打开“打开部件文件”对话框，在该对话框中选择已存在的模型文件，而后单击“OK”按钮完成文件的装载。UG也可导入其他工程软件（
25、如Pro/E）制作的模型文件。选择“文件”“导入”“Pro/E”命令，然后在打开的对话框中选择要导入的Pro/E文件即可 文件的保存十分简单，选择“文件”“保存”菜单或单击工具栏中的“保存”按钮 ，即可完成文件的保存1.5.3 保存文件保存文件 如果需要将当前图形另存为一个文件，可选择“文件”“另存为”菜单，打开“部件另存为”对话框，重新设置文件名、保存位置和文件类型，然后单击“OK”按钮将文件保存 1.5.4 文件间的切换文件间的切换 在有多个模型同时打开时，如果需要从一个文件切换到另一个文件进行操作，可打开“窗口”菜单，该菜单中包含了所打开的文件列表，单击要切换的文件名便可以在不同的文件之
26、间切换1.6 NX4.0 CAM加工环境加工环境 当CAD模型首次进入加工环境时，系统会提示为模型设置加工环境。加工环境中提供各种加工模块，比如车、铣、钻等。如图所示的螺旋桨外形较复杂，需要5轴联动机床才能完成，需要将螺旋桨的加工环境设置为多轴加工模块才能对其加工编程。1.6.1 加工环境设置加工环境设置 如果模型是首次进入加工环境，将弹出加工环境对话框，如图所示。CAM会话配置主要的作用是选择加工机床的模块。CAM设置主要的作用是确定所用库的文件包括：刀具、操作类型、加工材料、刀具材料、进给率和转速等。比如：螺旋桨的加工环境应设置为多轴加工模板，具体步骤如下。（1）单击【开始】|【加工】按钮
27、，弹出【加工环境】对话框。（2）在【CAM会话配置】列表框中选择cam_general选项，在【要创建的CAM设置】列表框中选择mill_multi_axis选项。（3）单击【确定】按钮，进入加工界面。如果需要删除已设置好的CAM配置，单击【菜单栏】|【工具】|【操作导航器】|【删除设置】按钮，就可以重新设置加工环境设置。1.6.2 NX4.0 CAM编程步骤编程步骤 NX4.0 CAM支持的加工类型很多，但是基本的步骤类似。本节将先介绍NX4.0 CAM的编程步骤和创建操作的4个父节点（几何体、程序、方法和刀具）。最后将介绍刀具轨迹后处理输出为NC代码文件。1、编程步骤、编程步骤 在NX4.
28、0 CAM中的编程步骤主要有两步：创建操作和处理刀具轨迹得到机床能识别的代码，如下图所示。创建几何体创建几何体 NX4.0 CAM中的几何体一共有6种，如图所示。有些几何体直接在操作上创建更方便，不需要在创建几何体对话框内创建。比如切削区域、文字、加工边界。在对话框内经常需要创建的几何体有坐标系和工件。工件加工边界文字切削几何体切削区域坐标系创建方法创建方法 创建方法是设置加工的余量及刀具有关的参数。单击创建方法图标，进入【创建方法】对话框，如图所示。根据操作的类型不同，创建方法时操作类型需要切换。比如铣孔需要进入的是平面铣类型，而不是孔加工类型，因为铣孔时余量和刀具直径无关，而是刀具的运动轮
29、廓。创建刀具创建刀具 刀具是切削材料的基本生产工具。单击创建刀具图标，进入【创建刀具】对话框，如图所示。NX4.0 CAM内可以创建的刀具有铣刀、车刀、钻头、镗刀等。每种操作对应操作所需的刀具，根据操作的类型不同，创建刀具时操作类型需要切换。创建刀具有两种办法：从库中调用刀具和自定义刀具。创建程序创建程序 如果零件比较复杂，所创建的操作会过多，甚至使用的机床有多种类型。这样极易出现因用户管理操作不当，使操作放置杂乱。因此整理需要浪费大量的时间，甚至操作在进行不同的后处理时混淆造成事故。程序作为管理操作的文件夹，可以把不同种类操作分组放置，这样便于修改和后处理，如图所示。创建程序比较简单，输入程
30、序名称即可。软件默认为第一个为PROGRAM，第二个则是PROGRAM_1，第三个PROGRAM_2，依次类推。创建其他的对象也是一样的命名规则。创建操作创建操作 操作是对其加工区域创建刀具轨迹的过程。CAM设置决定了加工类型，一个加工类型又根据区域和工艺划分为多种操作子类型。比如在平面铣加工类型里面，操作子类型有15种，如图所示。每一种子类型只能生成二维区域的刀具轨迹。当然加工类型在CAM设置是可以改变的，可以在同一个文件创建多种不同类型的操作。比如：需要精铣零件平整表面，可以使用平面铣加工类型的【表面区域铣】子类型，如果还需要在零件上钻孔，可以单击【类型】下拉列表框，选择drill选项，就
31、进入钻孔类型。1.7 NX4.0 CAM后处理后处理 在UG_CAM中生成零件加工刀轨，刀轨文件中包含切削点刀心数据的GOTO语句，还有控制机床的其他指令信息。这些刀轨文件不能直接驱动机床，因为每台机床/控制系统对程序格式和指令都有不同要求，比如对同一行中不同G码的输出顺序有不同的要求。所以刀轨文件必须经过处理，以符合某一机床/控制系统的要求。后处理基础后处理基础 UG加工模块产生刀轨，首要目的是为了加工工件，但我们不能直接将这种未修改过的刀轨文件传送给机床进行切削工件，因为机床的类型很多，每种类型的机床都有其独特的硬件性能和要求，比如它可以有垂直或是水平的主轴，可以几轴联动等。此外，每种机床
32、又受其控制器（controller）的控制，控制器接受刀轨文件并指挥刀具的运动或其他的行为（比如冷却液的开关），但控制器也无法接受这种未经格式化过的刀轨文件。因此，刀轨文件必须被修改成适合于不同机床/控制器的特定参数（机床能识别的程序代码），这种修改就是所谓的后处理。后处理最基本的两个要素就是刀轨数据（Tool Path Data）和后处理器（A Postprocessor）。后置处理器构成:后置处理器主要有两个文件构成：事件处理器和定义文件。这两个文件可以通过后置处理构造器进行创建，也可直接对其进行编辑，以实现复杂机床/控制系统的后置处理。后置处理的过程:事件管理器提取UG的刀轨数据，将相应的事件名、变量等传递给UG后处理，UG后处理根据事件处理器中的规定对事件进行处理，处理完成后，再根据定义文件中规定的格式将其输出成符合机床控制系统要求的NC文件，如图所示。后处理实例后处理实例 如图所示为已生成好的4个操作，需要输出SIEMENS850加工中心认可的NC代码。习题v1在NX4.0获得CAD模型的主要途径有哪些？v2请简要回答NX4.0 CAM编程步骤？
