NX CAM Express軟件在五軸聯(lián)動(dòng)加工中的應(yīng)用

陸建軍

（江蘇鹽城技師學(xué)院智能制造學(xué)院 江蘇省鹽城市 224002）

隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，多軸加工機(jī)床在制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，特別是五軸機(jī)床、車(chē)銑復(fù)合機(jī)床，在機(jī)械加工行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)復(fù)雜型面和精度非常高的機(jī)械產(chǎn)品，多軸數(shù)控加工機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越普遍。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床具有三個(gè)線性軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)角度曲面和大尺寸復(fù)雜曲面的銑削加工，對(duì)于多工序加工零件，能夠降低夾具的復(fù)雜性，減少零件的裝夾次數(shù)，達(dá)到一次裝夾（或盡量少次數(shù)的裝夾）完成全部加工工序的效果。采用五軸加工，是保證復(fù)雜異型產(chǎn)品的加工質(zhì)量，提高加工精度和加工效率的有效途徑。

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床主要用于加工具有復(fù)雜表面的零件，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高質(zhì)量的加工，對(duì)航空航天、國(guó)防、醫(yī)療器械等各個(gè)行業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

五軸聯(lián)動(dòng)加工的優(yōu)勢(shì)是加工工序集中，但由于在三軸機(jī)床的基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，在編制多軸加工程序時(shí)，刀尖點(diǎn)的坐標(biāo)位置計(jì)算比較復(fù)雜，手工編制多軸加工程序難度比較大，而且效率很低。為順應(yīng)機(jī)床發(fā)展形勢(shì)，CAD/CAM軟件的功能也在不斷提升，成為提高數(shù)控編程效率,解決特殊和復(fù)雜工件數(shù)控編程的重要工具。NX CAM Express 就是這樣的CAM軟件系統(tǒng)。

1 NX CAM Express軟件包簡(jiǎn)介

UGS NX CAM EXPRESS是Siemens PLM（原UGS PLM）軟件公司針對(duì)行業(yè)推出的模塊化加工軟件包，針對(duì)不同類(lèi)型產(chǎn)品，集成了大量經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的方法和知識(shí)的加工模板，具有高度自動(dòng)化編程功能的CAM軟件。每個(gè)NX CAM Express軟件包都配有CAD轉(zhuǎn)換器、加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、刀具路徑驗(yàn)證功能、后處理器生成和編輯應(yīng)用程序，使用該CAM軟件可以解決多軸機(jī)床的編程需求，從而發(fā)揮多軸機(jī)床的最大性能。

2 NX CAM Express編程流程

流程圖如圖1所示。

2.1 工藝分析

編制零件的加工工藝至關(guān)重要，直接影響到是否能順利完成其加工任務(wù),特別對(duì)于多軸加工零件，其工藝的編排要更加的合理。編制加工工藝之前要看清圖紙的加工要求，加工工藝要能夠滿(mǎn)足零件的形位公差的要求。

2.2 設(shè)置

主要定義程序中常用的條件和參數(shù)。包括：

（1）分析部件；

（2）選擇設(shè)置；

（3）定義幾何體；

（4）定義葉片幾何體；

（5）創(chuàng)建刀具。

2.3 編程

該流程主要定義工件的加工工序。

2.4 輸出

圖1：NX CAM Express編程流程圖

圖2：蝸輪銑加工工序面板

圖3：加工程序后處理

主要包括后處理和輸出車(chē)間文檔。

3 NX CAM Express編程實(shí)例

某葉輪零件實(shí)體圖如圖2所示，以該零件的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工程序編制為例，介紹應(yīng)用NX CAM Express軟件編制葉輪零件加工程序的流程和方法。

3.1 根據(jù)工件圖紙，進(jìn)行工藝分析，制定工件的加工工藝規(guī)程

加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機(jī)械加工過(guò)程和操作方法的工藝文件，一般包括被加工部位、加工設(shè)備（車(chē)、銑、磨削等）、加工工序和工步、零件裝夾方式、刀具及完成加工所必需的其他信息。針對(duì)該零件的加工工藝規(guī)程具體見(jiàn)表1。

表1：葉輪零件工藝過(guò)程單

3.2 根據(jù)加工工藝規(guī)程，統(tǒng)一設(shè)置操作時(shí)條件和參數(shù)

在“設(shè)置”中定義這些信息，這樣在創(chuàng)建程序時(shí)節(jié)省時(shí)間和精力。

（1）導(dǎo)入零件模型，利用軟件分析功能測(cè)量零件相關(guān)尺寸（總體長(zhǎng)度、直徑、最小距離、最小半徑等）以便于選擇適當(dāng)?shù)牡毒摺⒋_定安全距離和毛坯尺寸。

（2）選擇設(shè)置。定義開(kāi)始創(chuàng)建工序所需要的基本幾何體和加工刀具框架。

選擇文件選項(xiàng)卡→新建，單擊加工選項(xiàng)卡，從單位列表中選擇毫米，選擇常規(guī)組裝，單擊確定進(jìn)入蝸輪銑加工環(huán)境。該環(huán)境會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)包含葉輪作為其組件的裝配。還會(huì)創(chuàng)建一個(gè)名為 1234 的程序，一個(gè)具有30把刀的刀庫(kù)，一些幾何體和一些加工方法（粗加工、精加工、半精加工）。

（3）定義幾何體。定義部件與毛坯幾何體以及與機(jī)床的裝配關(guān)系。該設(shè)置中會(huì)工件組中指定部件幾何體、毛坯幾何體和檢查幾何體 并指定安全距離。

（4）定義葉片幾何體。分別指定輪轂（1）、包覆（2）、葉片（3）、葉根圓角（4）和分流葉片 （5）。

（5）創(chuàng)建刀具。根據(jù)加工需要定義切削刀具并將其指派到合適的工位。本例中根據(jù)對(duì)葉輪零件的分析結(jié)果，創(chuàng)建兩把球頭銑刀BALL_MILL_7和BALL_MILL_4_6，其中φ4的球刀主要用于葉片圓角的加工。

（6）安裝部件。從庫(kù)中選擇合適的機(jī)床，使用部件安裝聯(lián)接的定位方式將部件安裝到機(jī)床后，就可以對(duì)機(jī)床移動(dòng)仿真以進(jìn)行編程。

3.3 編制葉輪加工程序

如圖2，分別選擇蝸輪銑加工中多葉片加工工序的輪轂粗加工、葉片精加工、輪轂精加工、葉根圓角精加工等工序，編制葉輪加工程序。

（1）粗加工輪轂（葉片和分流葉片）。

創(chuàng)建輪轂粗加工工序，使用多重切削層對(duì)葉片和分流葉片進(jìn)行粗加工，根據(jù)相關(guān)加工工藝，設(shè)置加工參數(shù)，并按徑向延伸刀軌以切削整個(gè)輪轂。

（2）精加工葉片。

創(chuàng)建葉片精加工工序，深度模式選擇從包覆插補(bǔ)至輪轂，該模式能夠設(shè)置沿中間刀路的每刀切削深度，切削方法是在包覆刀路（第一個(gè)刀路）和輪轂刀路（最后一個(gè)刀路）之間插補(bǔ)。

（3）精加工分流葉片。

通過(guò)復(fù)制和編輯葉片精加工工序?qū)Ψ至魅~片進(jìn)行精加工。復(fù)制葉片精加工刀軌后，將驅(qū)動(dòng)方法中的待加工幾何體修改為分流葉片，重新生成即可。

（4）精加工輪轂。

創(chuàng)建葉輪轂精加工工序，適當(dāng)修改驅(qū)動(dòng)方法中的參數(shù)，延伸刀軌以加工整個(gè)輪轂。

（5）精加工葉根圓角。

創(chuàng)建葉輪圓角精加工工序，選擇合適的刀具，可以非常方便地生成圓角加工導(dǎo)軌。

（6）精加工分流葉片圓角。

復(fù)制和編輯葉輪圓角精加工工序?qū)Ψ至魅~片圓角進(jìn)行精加工。

（7）機(jī)床切削仿真。

可以在每一工序刀軌生成后進(jìn)行，也可在工序全部完成后重播刀軌時(shí)進(jìn)行，可以仿真刀軌，也可以仿真后處理后的NC代碼，根據(jù)仿真結(jié)果及時(shí)調(diào)整優(yōu)化刀軌，保證程序編制質(zhì)量。

3.4 輸出

該流程包括刀軌數(shù)據(jù)的后處理和形成車(chē)間文檔。

（1）在工序?qū)Ш狡髦?，選擇程序1234，選擇適當(dāng)?shù)奈遢S數(shù)控機(jī)床后置處理器進(jìn)行后處理，生成機(jī)床可用的加工程序。加工程序后處理如圖3所示。

（2）車(chē)間文檔可以為機(jī)床操作員、刀具倉(cāng)庫(kù)工作人員和需要了解關(guān)于設(shè)置的特定信息的其他人創(chuàng)建與加工設(shè)置關(guān)聯(lián)的文檔。在工序?qū)Ш狡髦?，選擇程序1234，選擇車(chē)間文檔即可生成。

通過(guò)葉輪零件五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工程序編制的實(shí)例，可以發(fā)現(xiàn)在運(yùn)用NX CAM Express軟件編制程序的過(guò)程中，從部件分析到環(huán)境設(shè)置、工序設(shè)計(jì)、刀軌生成、除料仿真、后置處理、車(chē)間文檔等一系列的操作都使五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工程序編制工作顯得更加容易、快速和安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

NX CAM Express 是一套可以深度定制、高效靈活的自動(dòng)化NC編程系統(tǒng)。使用該CAM 軟件，能夠簡(jiǎn)化并加快多軸加工程序編制過(guò)程，利用軟件的仿真功能保證程序編制的質(zhì)量，提高機(jī)床利用率。本文以編制一個(gè)葉輪零件的加工程序?yàn)槔?，詳?xì)介紹運(yùn)用NX CAM Express軟件實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的思路和方法，為進(jìn)一步運(yùn)用復(fù)雜多軸加工技術(shù)提供參考和幫助。