基于NX的復(fù)雜曲面零件數(shù)控加工自動(dòng)編程

周禎暉

摘 要：當(dāng)前的產(chǎn)品研發(fā)體系正逐漸向以用戶個(gè)性化需求為導(dǎo)向的小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化，在這種形勢(shì)下，企業(yè)如何能夠?qū)崿F(xiàn)新產(chǎn)品的研發(fā)及投產(chǎn)，將直接決定其是否能夠在市場(chǎng)中立足。為應(yīng)對(duì)這種形勢(shì)，數(shù)控加工自動(dòng)編程技術(shù)逐漸得到了廣泛的重視，該文以復(fù)雜曲面零件為研究對(duì)象，基于NX_CAM模塊，對(duì)數(shù)控加工自動(dòng)編程中的刀具選擇、加工參數(shù)設(shè)置、刀軌生成及校驗(yàn)、后置處理等一系列關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究，以為數(shù)控加工自動(dòng)編程技術(shù)的實(shí)施提供了參考。

關(guān)鍵詞：NX 復(fù)雜曲面零件 數(shù)控加工自動(dòng)編程

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）01（b）-0050-02

隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷改善和提高，用戶對(duì)產(chǎn)品的要求不再僅限于滿足基本功能，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的外觀、實(shí)用性等方面也提出了更高的個(gè)性化要求，如何能夠在較短的時(shí)間內(nèi)將用戶需求轉(zhuǎn)化為實(shí)際的產(chǎn)品成為當(dāng)前企業(yè)是否能夠在市場(chǎng)中立足的關(guān)鍵因素，正因?yàn)槿绱耍瑪?shù)控加工技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。

目前在很多制造企業(yè)，數(shù)控編程仍然采用傳統(tǒng)的手動(dòng)編程模式，編程效率低下，程序質(zhì)量受編程人員知識(shí)水平的限制較多，且容易產(chǎn)生人為錯(cuò)誤。而針對(duì)復(fù)雜曲面零件時(shí)，很難通過(guò)人工實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的編寫，但目前很多個(gè)性化產(chǎn)品均是由各類復(fù)雜曲面構(gòu)成，這就需要借助NC自動(dòng)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的自動(dòng)編制。基于此，該文以復(fù)雜曲面零件為研究對(duì)象，基于NX_CAM模塊，對(duì)數(shù)控加工自動(dòng)編程中的刀具選擇、加工參數(shù)設(shè)置、導(dǎo)軌生成及校驗(yàn)、后置處理等一系列關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究，以期縮短編程周期、降低編程質(zhì)量。

1 NX數(shù)控加工自動(dòng)編程一般方法

基于NX的數(shù)控加工自動(dòng)編程，是以NX為平臺(tái)，基于零件實(shí)體三維模型，通過(guò)在軟件界面中交互操作，指定相應(yīng)的加工方法、加工刀具、加工工藝參數(shù)后，生成刀位軌跡文件，在此基礎(chǔ)上經(jīng)后置處理操作，將刀位軌跡轉(zhuǎn)化為數(shù)控代碼。

2 基于NX的刀位軌跡文件生成

2.1 零件數(shù)控加工方案分析

數(shù)控加工方案設(shè)計(jì)是數(shù)控加工自動(dòng)編程的前置環(huán)節(jié)，旨在規(guī)劃和指導(dǎo)整個(gè)數(shù)控編程過(guò)程中，為生成合理、高效的數(shù)控加工程序打基礎(chǔ)。數(shù)控加工方案設(shè)計(jì)主要包括制定符合零件外形和精度要求的數(shù)控加工方法、數(shù)控工藝路線，選取合適的數(shù)控加工刀具、機(jī)床以及工藝參數(shù)等。一般而言，可以根據(jù)零件的幾何外形信息及生產(chǎn)批量，擬定多個(gè)數(shù)控加工方案，最終選擇最優(yōu)的方案指導(dǎo)整個(gè)數(shù)控加工過(guò)程。

以某鼠標(biāo)零件為例，該零件的尺寸為96 mm×56 mm×32 mm，其頂面為自由曲面，側(cè)面為直紋面，一般在機(jī)加工過(guò)程中，通常需要遵循粗、精加工的分段加工原則，結(jié)合鼠標(biāo)零件幾何外形尺寸和外形特征形態(tài)，可先用型腔銑開粗整個(gè)鼠標(biāo)外形，開粗刀具為φ6平底立銑刀，該工序預(yù)留0.5 m的加工余量；鼠標(biāo)零件頂面精度要求較高，可采用半精加工和精加工兩道工序，其中半精加工采用φ6R2球頭銑刀，銑削方法為固定軸曲面輪廓銑，該道工序預(yù)留0.3 mm的加工余量，精加工采用φ4R2球頭銑刀，銑削方法為固定軸曲面輪廓銑；鼠標(biāo)零件的側(cè)面使用φ4R2球頭銑刀，基于等高輪廓銑方法加工完成。

2.2 加工坐標(biāo)系的確定

加工坐標(biāo)系旨在標(biāo)定代加工零件幾何體加工過(guò)程中，在數(shù)控機(jī)床上的位置和數(shù)控加工中，數(shù)控程序的原點(diǎn)一般需要與加工坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合。

NX中的加工坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)軸分別為XM、YM、ZM，其中，刀軸矢量方向默認(rèn)為ZM，亦可指定其他坐標(biāo)軸作為刀軸矢量方向，此外，加工坐標(biāo)系的原點(diǎn)即是機(jī)床上的對(duì)刀點(diǎn)。NX中設(shè)定加工坐標(biāo)系的具體指令是加工環(huán)境下“操作導(dǎo)航器”中，幾何視圖菜單中的“MCS”選項(xiàng)。這里的MCS即是加工坐標(biāo)系Machining Coordinate System的縮寫。

2.3 創(chuàng)建程序組

NX中的程序組旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)各類加工操作的管理，程序組決定了不同操作的執(zhí)行順序，根據(jù)2.1節(jié)制定的數(shù)控加工方案，分別建立ROUGH_MOUSE、SEMIFINISH_TOP、FINISH_TOP、FINISH_SIDE4個(gè)程序組。

2.4 創(chuàng)建刀具組

刀具是數(shù)控切削的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，刀具的種類、參數(shù)設(shè)置是否合理將直接對(duì)數(shù)控加工過(guò)程產(chǎn)生重要的影響。在NX中，有專用的刀具創(chuàng)建器實(shí)現(xiàn)刀具的創(chuàng)建，其中，銑刀創(chuàng)建器可分為5參數(shù)、7參數(shù)、10參數(shù)銑刀，球形銑刀等。根據(jù)2.1節(jié)制定的加工方案，分別建立φ5平底立銑刀、φ5R1球頭銑刀、φ3R1球頭銑刀。

2.5 創(chuàng)建加工幾何體組

NX中的加工幾何體只要用于指定加工對(duì)象和加工部位，此外，還可指定加工時(shí)的安全平面和下限平面，保證加工時(shí)的安全性。

2.6 創(chuàng)建加工方法

加工方法是為粗加工、半精加工、精加工指定具體的加工公差、余量以及切削步距、進(jìn)給速度等參數(shù)，NX中銑削加工方法有MILL_ROUGH、MILL_SEMI_FINISH、MILL_FINISH和DRILL_METHOD這4種，在該文中，由于沒(méi)有孔加工工序，因此，只需創(chuàng)建MILL_ROUGH、MILL_SEMI_FINISH和MILL_FINISH這3種加工方法。

2.7 創(chuàng)建操作

在NX中，每一個(gè)操作相當(dāng)于一個(gè)加工工步，其中包含了該加工工步執(zhí)行時(shí)需要的所有操作信息和操作參數(shù)，每一個(gè)操作都需要指定相應(yīng)的切削參數(shù)和非切削參數(shù)，進(jìn)而完成整個(gè)操作的創(chuàng)建。

2.8 刀位軌跡文件的生成和顯示

在完成上述設(shè)置的基礎(chǔ)上，NX即可自動(dòng)生成鼠標(biāo)零件的刀軌，其中，刀具運(yùn)動(dòng)路徑、刀具軸線和刀具進(jìn)給路徑分別用藍(lán)色、黃色和紅色線條表示。

3 后置處理

刀軌文件中包含了刀具運(yùn)動(dòng)的中心軌跡坐標(biāo)以及加工參數(shù)等信息，但這些信息并不能直接被機(jī)床伺服系統(tǒng)所識(shí)別。在實(shí)際生產(chǎn)中，每類機(jī)床對(duì)應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)可能存在差異，對(duì)應(yīng)的其控制指令也會(huì)有所不同，因此，就必須根據(jù)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的具體要求，將刀軌文件轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的數(shù)控加工程序。

在NX中，使用Post Processing功能轉(zhuǎn)換刀位軌跡，該方法需要選定機(jī)床后置處理文件。NX系統(tǒng)給出了一些除機(jī)床控制系統(tǒng)的后置處理文件，這其中包括西門子、法蘭克、海德漢等廠商的數(shù)控系統(tǒng)。該文選用四門子840d數(shù)控系統(tǒng)作為實(shí)際加工的數(shù)控系統(tǒng)，在NX中的Post Processing模塊中可直接選用該系統(tǒng)的后置處理文件，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀位軌跡的文件的轉(zhuǎn)化，最終生成數(shù)控程序代碼。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控加工自動(dòng)編程是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化高效生產(chǎn)的重要組成部分，該環(huán)節(jié)周期和質(zhì)量將直接決定產(chǎn)品研發(fā)的周期和效率，該文基于NX_CAM模塊，探究了復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工自動(dòng)編程技術(shù)，在實(shí)際操作過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)零件本身的特點(diǎn)，合理設(shè)置加工方法、加工參數(shù)、加工刀具等，以提高數(shù)控加工程序的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳竹溪，謝友寶，高延峰.數(shù)控加工自動(dòng)編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2006.

[2] 余英良.數(shù)控加工編程及操作[M].北京：高等教育出版社，2005.

[3] 楊勝群.UG NX4數(shù)控加工實(shí)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[4] 黃宜松，謝龍漢，王磊.UG NX5數(shù)控加工入門與實(shí)例進(jìn)階[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.