NX編程和后處理技術在數控加工的應用

王建波 杜廣 李歡 王泰吉 楊奉義

摘 要：NX軟件廣泛應用在模具，機械等數控加工領域，隨著生產力與加工精度的不斷提高，數控機床在工業生產中起到了越來越重要的作用，有效提高了機床利用率，傳統的人工示教式編程已經不能適應生產的需要，離線編程成為數控機床運用中不可缺少的一部分。離線編程需要先建立零件的CAD模型，并產生其刀位文件。由CAD/CAM軟件仿真生成的刀位代碼，無法直接用于數控機床，需要進行后置加工處理后，方可成為能夠用于數控機床操作的NC代碼，因此，后置處理過程直接決定了NC代碼的質量與精度，進而影響數控加工的精度，在整個生產過程中關鍵性的作用。

關鍵詞：NX自動化編程；NX后處理技術；離線編程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.124

0 引言

目前傳統的數控機床加工的程序通過手工編制，需將每路徑和加工位置、參數及刀具參數手動輸入，編程效率低且容易出錯；在現場加工程序調試作業時間長，容易發生碰撞、存在造成加工報廢的風險，為了節省成本，零件設計的時候會考慮更多因素，設計也越來越復雜，加工難度越來越大，為了適應數控加工的需求，迫切需要計算機輔助軟件參與解決生產中遇到的難題。

1 NX軟件介紹

Siemens PLM Software 數字化制造解決方案 NX CAM 正在為世界上頂尖的制造者們所采用。他們通過使用數字化制造解決方案來優化他們的制造過程，幫助他們實現了制造夢想，維護了他們在各自領域的領導地位。NX CAM 幫助制造企業加速其產品上市時間、降低產品成本、 提高了產品質量。NX是美國NXS公司發行的數字化產品開發綜合軟件。作為NXS公司的旗艦產品，NX集成了行業內集成應用程序，NX集成了CAD、CAE及CAM多種功能于一身，是一種三維參數化軟件，該軟件功能強大，能夠輕松實現各種復雜實體及造型的建構，廣泛應用于航空、航天、汽車、制造等領域。基于該公司提供的多級化、集成化、完整的CAD解決方案，NX基于制造過程的產品設計制造環境，實現了產品從設計到加工制造的無縫鏈接，從而進一步整合、優化了企業產品開發、制造流程。同時，NX軟件還具有實體造型模設計、曲面造型設計、虛擬裝配模擬等功能，能夠輕松實現產品設計中的有限元分析、機構運動分析及運動力學分析等，提高了產品設計與制造過程的的可靠性與有效性。此外，NX集成了二次開發語言NX/OPEN，使用人員可通過簡單的培訓即可進行二次開發，從而滿足特定的使用需求，便于用戶開發專用的CAD系統。

2 NX軟件編程研究及模塊功能

基于NX CAD模塊設計完成的產品三維模型主要包括數控編程必要的完整的產品表面數據信息，NX軟件能夠針對產品表面信息進行數控加工刀位的自動化運算，從而實現全過程的自動化處理。在整個過程中，信息的處理都是基于統一的數據庫與文件傳輸格式，因此，NX CAD模塊設計實現了產品設計信息的全集成與數據共享，大幅度提高了產品設計、加工效率。雖然，借助于NX軟件能夠實現自動化數控編程，在數控編程前，用戶應確定加工工藝分析與規劃工作，加工工藝的選擇是否恰當將直接影響數控加工質量與效率。加工工藝分析的確定工作應包括：合理選擇毛坯工件、規劃加工區域、擬定工藝路線、確定加工刀具、確定走刀路線等。當加工工藝確定后，用戶可根據自身需求，合理選用NX功能模塊，各模塊具體功能如下：

2.1 NX入口模塊

該模塊是NX軟件的基本功能模塊，主要提供常規操作，包括打開、創建、存儲等，可導出文件格式包括：CGM、VRML、TIFF、MPEG、GIF和JPEG等多種格式。同時，用戶可借助于NX軟件導入CGM、NX/Parasolid等幾何數據，并能夠通過宏命令自動記錄用戶操作及播放等功能，有效降低用戶學習成本。在用戶自定義菜單中，用戶可根據自己的操作習慣，設置常用功能或二次開發功能，以提高軟件操作效率。

2.2 NX實體建模模塊

該模塊能夠提供產品草圖設計、生成曲線、布爾運算、實體模型旋轉、非參數模型參數化、編輯變量與表達式等功能。

2.3 NX特征建模模塊

該模塊基于標準化設計特征的模型，為用戶提供個性化模型生成編輯功能，系統中包含了各類孔、鍵槽、各類形狀的凹腔、凸臺、圓柱、方塊、椎體、球體等模型，便于用戶直接進行模型設計、特征編輯、特征引用、特征順序調整等操作。

2.4 NX自由曲面建模模塊

該模塊包含豐富的曲面建模工具，能夠提供直紋面、掃描面、自由曲面、類正交曲線的自由曲面、曲線廣義掃掠、標準二次曲線方法放樣等進行裁減、編輯和生成操作。

2.5 NX工程繪圖模塊

工程繪圖模塊提供了自動視圖布置、剖視圖、局部放大圖、手動尺寸、公差和粗糙度標注，支持漢字輸入、視圖手工編輯、裝配圖剖視及自動生成明細表等操作。

2.6 NX加工基礎模塊

該模塊提供的功能包括：用戶可在圖形模式下觀察刀具的運動軌跡；點位編輯功能，用戶可根據自身需求，對鉆孔、攻絲或鏜孔加工進行修改或剪裁操作；用戶可根據標準化刀具庫和加工部該工藝參數樣板庫進行自定義操作，從而滿足用戶個性化需求，降低軟件學習成本，縮短培訓時間，提高產品模型設計、調整效率。

2.7 NX后處理與加工后置處理

NX后處理模塊廣泛應用于主流的NC機床和加工中心，在2～5軸及以上銑削加工、2～4軸車削加工及點火花線切割中具有顯著的應用優勢。

2.8 NX型芯、型腔銑削模塊

該模塊能夠去除粗加工的單個、多個型腔或任意形狀的模型余量，并實現對復雜刀具運動軌跡的模擬與計算，幫助用戶確定加工刀具走刀的方式。同時，基于NX軟件容差型銑削加工的方式能夠加工設計精度要求低、曲面有間隙或重疊的模型。當型腔曲面較多且存在異常時，型腔銑削模塊能夠實現自動調整，在用戶允許的公差范圍內加工出型腔，從而降低了型腔加工的錯誤率，提高了產品設計的可靠性。

2.9 NX平面銑削模塊

該模塊能夠提供Z字形走刀銑削、走刀輪廓銑、仿形內腔銑、確定內部移動安全余量、型腔分層切削等功能，能夠實現對加工邊界和毛料形狀的自定義操作，并模擬現實未切削區域的邊界，提供部分機場輔助運動制指令，能夠實現機床冷卻、刀具補償或夾緊等操作。

2.10 NX定軸銑削模塊

該模塊主要是對3軸聯動加工刀具路徑、加工區域進行選擇，并可提供多種驅動和走刀方式，并能夠自動識別前道工序未加工完成的區域，以便于用戶進一步調整、優化加工操作。通過該模塊生成的刀位文件，用戶能夠進行壓縮、傳輸和存儲操作，并可根據需求進行導入、調整和重新計算。

2.11 NX自動清根模塊

該模塊能夠根據用戶設定自動找出待加工零件滿足加工條件的區域。通常情況下，待加工區域是型腔中的根區或拐角位置，用戶可通過直接選定加工刀具，借助自動清根模塊和選定的刀具，以刀具“雙向切條件”區域為驅動幾何，生成一次或多次走刀清根程序。該模塊尤其適用于復雜型腔、型芯的加工，能夠有效降低精加工或半精加工的工作量。

2.12 NX順序銑模塊

順序銑模塊能夠控制刀具每一步驟操作，支持2～5軸及以上銑削編程，用戶可通過該模塊實現度刀具路徑的自動化、交互式控制，允許用戶在圖形界面下對刀具路徑進行編輯和調整，確保刀具路徑的滿足加工要求。當用戶僅提供某曲面兩端的刀具路徑時，該模塊能夠自動補充中間的步驟，實現刀具路徑的自動化處理。在NX數控加工中，NX順序銑模塊的功能與自動清根功能相似的特有模塊，主要面向于較高難度的數控程序編制。

通過NX軟件各模塊的應用，能夠滿足各行業、領域產品設計、加工要求，基本上滿足現代化零件的生成需求。

2.13 NX后處理技術

NX后處理出來的NC程序就是通過NX的后處理器產生出來的，NX的后處理器主要由三個文件組成，*.pui，*.def，*.tcl，NX后處理程序時最直接用到的是*.def和*.tcl這兩個文件，這些文件可以使用拷貝復制的方法獲得，也可以從無到有利用NX軟件自帶的后處理構造器生成制作出來。根據不同的機床參數開發專用后處理，滿足生產需要。

3 結論

通過NX后置處理技術研發開發和自動編程研發，可解決現階段加工機床加工側程序通過手工編制，不能進行離線編程和調試作業存在風險的問題，實現類加工機床加工離線編程、模擬仿真、自動程序輸出，可大幅提高編程效率及程序的可靠性和加工產品品質，解決了實際加工過程中容易發生碰撞、存在造成加工報廢的風險等問題。

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