第1章UGNX5基本操作及加工基础

1、13第1章 UG NX5基本操作及加工基础第1章 UG NX5基本操作及加工基础UGS（Unigraphics Solutions）是全球发展最快的机械CAX（即CAD、CAE、CAM等的总称）公司之一。它的产品Unigraphics（简称UG）软件是当前世界上最先进和最紧密集成的、面向制造业的CAX高端软件，是知识驱动自动化技术领域中的领先者。它实现了设计优化技术与基于产品和过程的知识工程的组合。UG软件能够为各种规模的企业提供可测量的价值；能够使企业产品更快地提供给市场；能够使复杂的产品设计与分析简单化；能够有效地降低企业的生产成本并增加企业的市场竞争实力。正是由于该软件的高度集成化和优越

2、的性能，使之成为目前世界上最优秀公司广泛使用的软件，这些公司包括波音飞机、通用汽车、普惠发动机、飞利浦、松下、精工和爱立信等。UG成为日本主要的汽车配件生产商Denso的标准，其占有90%的俄罗斯航空市场和80%的北美发动机市场。美国航天航空界已安装了10000多套UG，在世界各国航天航空界享有极高的地位。UG软件目前也普及到机械、医疗设备和电子等行业，并发挥着越来越显著的作用。UG NX5是2007年UG公司在UG NX4基础上推出的新一版本的更强大的CAD/CAM/CAE软件。其中界面修改比较多，参数整合较先前的版本都有质的提高。每个弹出窗口更人性化，书写编辑自由度更强。在UG NX5加工

3、应用环境中，系统在交互式操作界面下提供多种类型的加工方法，可用于各种表面形状零件的粗加工、半精加工和精加工。每个加工类型又包括多种加工模块。在其可视化功能下，用户可以在3D、2D下实现对刀具的运动路径及其真实加工过程的模拟，同时检验工件、刀具、刀柄之间的碰撞、过切等。如果在CAM环境中运行，可以对特定的机床及其控制器进行监控，对机床、工件、刀具、刀柄、工件、夹具、机床的相互碰撞进行检查，防止过切削、欠切削问题的发生。同时可以检查残留材料，并生成刀位文件。UG NX5不仅提供了默认的加工环境，用户还可以设置自己的加工环境。定制编程环境是指UG/CAM的编程环境在一定程度上可以由用户定制的，可以根

4、据自己的工作需要定制编程环境，排除与自己的工作不相关的功能。这样可以简化编程环境，使编程环境最符合自己的需要，减少过于复杂的编程界面带来的精神压力，有利于提高工作效率。通过在默认加工环境中创建并生成自己的加工环境，在以后的工作中可以继承已有参数，避免重复劳动，提高操作效率。UG NX5的操作导航器提供用户观察和管理操作、几何、加工方法和刀具之间的关系。UG NX5的加工模块中几乎都提供驱动方法、走刀方式、刀轴方向和投影矢量，可以根据部件表面轮廓选择最佳的切削路径和切削方法。UG NX5还提供控制点、进刀/退刀、避让以及切削等方法来设置加工过程。本章主要介绍UG NX5的CAM模块。针

5、对铣加工编程的基础知识，让读者对UG CAM有一个初步的认识。本书面对的主要是3轴以上的加工，尤其是后面章节主要针对多轴加工，因此本章使用很大部分的篇幅对多轴加工基本知识进行描述。【本章要点】l UG NX5多轴加工的基本知识l UG NX5数控加工的基本流程l 程序、刀具、几何体和方法的父节点的创建l 节点和树的数据继承与共享l 程序节点及操作状态标记l 内容查找及过滤l CAM参数的复制、粘贴、删除l CAM加工中的基本知识l CAM的通用功能1.1 UG NX5多轴加工概述随着CAD、CAM等技术不断发展和日趋完善，它们在各个领域得到了极其广泛的应用。其中Unigraphics软件是应用

6、这一技术比较成功的软件之一，它起源于美国麦道飞机公司，以CAD/CAM/CAE一体化而著称，目前已广泛应用于航空航天、汽车、通用机械等领域。其CAM模块尤其出色，在同类软件中处于绝对领先地位。该模块提供了一种交互式编程工具，可计算生成精确可靠的刀具加工轨迹，是一个功能强大的计算机辅助制造模块。目前，这一技术已成功应用于模具及零件的制造过程，为企业带来了极高的加工质量及可观的经济效益。随着机床等基础制造技术的发展，多轴机床在生产制造过程中的使用越来越广泛。尤其是针对某些复杂曲面或者精度非常高的机械产品，加工中心的大面积覆盖将多轴的加工推广得越来越普遍。在国防工业系统中，比较前沿的多轴加工中心一直

7、处在发达国家的技术壁垒的控制下。但是随着我国工业技术的飞速发展，如今中国已经成为全世界举足轻重的制造业大国，具备了对高精、高速、高效的加工技术制造和创新能力。可以推断，中国在多轴加工技术上一定会走在世界的前沿。现代制造业所面对的经常是具有复杂型腔的高精度模具制造和复杂型面产品的外型加工，其共同特点是以复杂三维型面为结构主体，整体结构紧凑，制造精度要求高，加工成型难度极大。笔者通过近几年对UG软件的应用摸索，针对上述制造过程中普遍存在的技术难点，将传统工艺方案中适用现代数控加工的精华部分溶入UG/ CAM的应用过程，总结出一套适用于各类复杂型面的数控加工编程方法。这就是UG NX5在CAM模块中

8、最诱人的优势。1.1.1 多轴加工基本知识在UG NX5中，多轴加工主要是指可变轴曲面轮廓铣和顺序铣。两者针对的待加工的复杂曲面具有不同点，加工方法类型具有很大的区别。UG多轴加工主要通过控制刀具轴矢量、投影方向和驱动方法来生成加工轨迹。加工关键就是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化，或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度，利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成。多轴加工主要用于半精加工或精加工曲面轮廓铣削，其加工区域由选择的表面轮廓组成，并且提供了多种驱动方法和走刀方式。因此多轴加工可以对不同的部件轮廓曲面选择最佳的切削路径和切削方法，进而满足各种复杂型面的加工要求。1刀具轴矢量控

9、制方式刀轴是一个矢量，它的方向从刀尖指向刀柄，可以定义固定的刀轴，相对也能定义可变的刀轴。固定的刀轴和指定的矢量始终保持平行，固定轴曲面铣削的刀轴就是固定的，而可变刀轴在切削加工中会发生变化。刀具轴的选项如图1-1、图1-2所示，基本概括如下，在后面章节将多次应用。l 点和线刀具轴（Point and Tool Axis）：用远离点、线或朝向点、线的方法定义刀具轴。l 法向刀具轴（Normal Tool Axis）：保持刀具轴在每一个接触点上总是垂直于零件几何体、驱动几何体或旋转四轴。l 相对刀具轴（Relation Tool Axis）：保持刀具轴在每一个接触点上总是垂直于零件几何体、驱动体

10、或旋转四轴，并用于给刀具轴定义引导角和倾角。l 直纹面驱动刀具轴（Swarf Drive Tool Axis）：保持刀具轴平行于驱动几何体（使用时，驱动几何体引导刀具侧刃，零件几何体引导刀具底部）。l 插补刀具轴（Interpolated Tool Axis）：可以通过在指定的点定义矢量方向来控制刀具轴。  图1-1 图1-22投影矢量投影矢量是指用于指定驱动点投影到零件几何上以及零件与刀具接触的一侧。一般情况下，驱动点沿投影矢量方向投影到零件几何上，生成投影点。有时当驱动点重驱动曲面向部件表面投影时，可能会沿着投影矢量的相反方向投影，但无论如何投影，刀具总是能沿投影矢量与部件表面的

11、一侧接触。系统提供了多种指定投影矢量的方法，如刀轴、两点、远离点、远离直线等，而可以选用的投影矢量方法却取决于驱动方式。投影矢量的下拉菜单选项如图1-3所示，在后面章节将说明。3驱动方法驱动方法用于定义创建刀具路径的驱动点。UG NX5在曲面加工中提供多种类型的驱动方法。其区别于UG NX4.0的还是在于将这些驱动方式的整合，并在操作对话框里出现。其中有些驱动方法允许曲线创建驱动点集，而另外的一些驱动方法则允许在一个区域中创建点阵列，实际就是将驱动方法归纳为边界驱动和区域驱动两大类。驱动方式选择下拉菜单如图1-4所示。 图1-3 图1-4如果没有创建部件几何体，则系统会直接在驱动几何体上创建刀

12、具路径，否则沿指定投影矢量将驱动点投影到部件表面上以创建刀具路径。4可变轴曲面轮廓铣（VARIABLE_CONTOUR）可变轴曲面轮廓铣是相对固定轴加工而言的，指在加工过程中刀轴的轴线方向是可变的。即可随着加工表面的法线方向不同而相应改变，从而改善加工过程中刀具的受力情况，放宽对加工表面复杂性的限制，使得原来用固定轴曲面加工时为陡峭的表面变成非陡峭表面而一次加工完成。可变轴曲面轮廓铣的驱动方法包括边界驱动、曲面区域驱动、螺旋线驱动、曲线/点驱动、刀具轨迹驱动和径向切削驱动。这些驱动方式的定义与固定轴曲面铣一致。需要注意的是，可变轴曲面轮廓铣没有区域驱动与清根切削驱动，而UG NX5将经常使用的

13、曲面区域驱动和边界驱动作为主要驱动方式在菜单中显示。读者可以在后面实例章节上感受到这点。这一点相对以前的版本有所不同。5顺序铣（SEQUENTIAL_MILL）顺序铣是利用部件表面控制刀具底部，驱动面控制刀具侧刃，检查面控制刀具停止位置的加工形式。刀具在切削过程中，侧刃沿着驱动面运动且保证底部与部件面相切，直至刀具接触到检查面。该操作适合切削有角度的侧壁，如图1-5所示。一个顺序铣操作有4种类型子操作组成，分别是：点到点运动、进刀运动、连续轨迹运动和退刀运动。另外，实体模型的建立是以工作坐标系为基础，而多轴数控加工刀位源文件的生成则是以加工坐标系为基础。加工坐标系的坐标原点位置应便于加工者快速

14、准确对刀，同时方便加工过程中需要进行的尺寸计算。确定加工坐标轴方向时应考虑被加工产品在数控机床上的装夹摆放情况，避免打刀。图1-5在多轴数控加工时，特别是铣削加工时，为减少接刀痕迹，保证轮廓表面质量，铣刀切入工件时，应避免沿零件外廓的法向切入，而应沿外廓曲线延长线的切向切入，以保证零件曲线平滑过渡。在切离工件时，也应避免在工件轮廓处直接退刀，而应沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件。另外，为提高铣削加工质量，精加工时应尽量采用顺铣。6可变轴曲面轮廓铣和顺序铣的比较可变轴曲面轮廓铣与顺序铣都要指定驱动、部件和检查面。总体上来说，驱动几何体引导刀具的侧刃，部件几何体引导刀具的底部，检查几何体阻止刀具

15、的运动。在可变轴曲面轮廓铣与顺序铣中，指定部件和检查几何体非常类似。l 部件几何体可变轴曲面轮廓铣并不总是需要指定部件几何体的。如果不指定，那么驱动几何体就是部件几何体。而顺序铣需要指定部件几何体，默认选择是前一个部件几何体。l 驱动几何体在可变轴曲面轮廓铣中的驱动几何体用来生成投影刀部件几何体上的驱动点。可变轴曲面轮廓铣可以使用不包容在模型中的几何体。这种“外部”的几何体根据选择的驱动方法不同，可以是点、曲线、边界等。顺序铣中的驱动几何体用来控制刀具的侧刃，而不需要生成投影驱动点。通常，选择部件模型的侧壁作为驱动几何体，使得当刀具在部件上切削时，刀具侧刃与部件侧壁保持接触。l 检查几何体可变

16、轴曲面轮廓铣不需要检查几何体。如果指定了检查几何体，则其一般是用来阻止碰撞和过切的。顺序铣需要选择检查几何体。检查几何体是用来指定刀具下一步子操作的起始位置，并且也能阻止碰撞和过切。其实选择可变轴曲面轮廓铣还是顺序铣的两种方法，比较关键是哪种方式能够生成最佳刀轨。这依赖于部件的模型，判断部件模型是否具有只能使用可变轴曲面轮廓铣或者顺序铣的特征。如果两种都可以考虑，就得根据两者相互比较下的长处来最后决定使用哪种加工方法得出比较完美的刀具路径，最终加工出符合要求的零件，如表1-1所示。表1-1可变轴曲面轮廓铣顺序铣适用于区域铣削适用于线性铣削主要用刀具的底刃铣削主要用刀具的侧刃铣削多种驱动方式，包

17、含刀轨单一的驱动方式对特定应用的多种切削模式只有循环或者嵌套可以用片体和曲面区域几何体可以用临时平面几何体在操作中不能重新指定刀具轴在操作中能重新指定刀具轴可以对整个刀轨进行编辑只对部分刀轨进行编辑最适于切削凸拐角的侧壁最适宜切削有角度的侧壁创建操作比较简单一个操作中有很多步骤创建多层切削较简单不能多层切削1.1.2 多轴加工的能力和特点目前3轴数控加工机床还是工业界的主流，然而面对的精密机械加工，多轴加工将成为日后发展的趋势。近年来，多轴加工已受到航天工业、汽车业、轮胎模具业、及其他模具业等的重视。国内外对多轴加工技术的需求越来越大，国内有许多基础制造企业正努力把多轴机床的研制作为日后的发展

18、目标。为了使国内的制造工业界更具有竞争力以及国防的需要，多轴机床乃至多轴加工技术的本土化都是大势所趋。当然，一个完善的多轴加工体系的建立，除了在硬件设备上要求更精密之外，更需要搭配良好的刀具路径规划和优秀的多轴加工作业人员的培养，才能真正发挥多轴加工的优点。以往传统的3轴加工机床只有正交的X、Y、Z轴，则刀具只能沿着此3轴做线性平移，使加工工件的几何形状有所限制。因此，必须增加机床的轴数来获得加工的自由度，即A、B和C轴3个旋转轴。但是一般情况下只需两个旋转轴便能加工出复杂的型面。多轴加工的主要优点是加工整体复杂工件时，只要对工件进行一次夹持定位。另一个好处在于可使用较短刀具，以确保切削精度。

19、过去在模具界乃至其他中端的行业都甚少使用多轴加工，问题主要是多轴加工中心的价格昂贵及NC程序的制作困难。UG多轴加工模块便能很好地解决NC代码生成困难的问题。在UG/CAM的后处理中，能够直接生成加工中心能够识别的文件，然后通过信息交互实现多轴加工代码的传输。增加机床的轴数来获得加工的自由度，最典型的就是增加两个旋转轴，成为5轴加工机床（增加一个轴便是四轴加工中心，这里针对五轴的来说明多轴加工的能力和特点）。5轴加工机床在X、Y、Z正交的三轴驱动系统内，另外加装倾斜的和旋转的双轴旋转系统，在其中的X、Y、Z轴决定刀具的位置，两个旋转轴决定刀具的方向。将它分为三大类：l 两个旋转轴都在主轴头的刀

20、具侧，称为主轴倾斜类型，如图1-6所示。图1-6l 两个旋转轴都在工作物侧，称为工作台倾斜类型，如图1-7所示。图1-7l 一个旋转轴在主轴头的刀具侧，另一个旋转轴在工作侧，称为主轴/工作台倾斜类型，如图1-8所示。图1-8通过上述轴数的改变，使多轴加工几乎无所不能。无论多复杂的曲面，只要在机床精度足够、机床刚度够强等一系列机床参数前提下，都能加工出来。而且出来的最终成品，质上有飞跃的提高，总体效率超乎寻常。多轴加工的特点：l 加工多个斜角、倒勾时，利用旋转轴直接旋转工件，可降低夹具的数量，并可以省去校正的时间，如图1-9所示。l 利用五轴加工方式及刀轴角度的变化，并避免静电摩擦，以延长刀具寿

21、命，如图1-10所示。 静电摩擦图1-9 图1-10l 使用侧刃切销，减少加工道次，获得最佳质量、提升加工效能，如图1-11所示。l 当倾斜角很大时，可降低工件的变形量，如图1-12所示。 图1-11 图1-12l 减少使用各类成型刀，通常以一般的刀具完成加工。通常在进行多轴曲面铣削规划时，以几何加工方面误差来说，路径间距、刀具进给量和过切等三大主要影响因素。在参数化加工程序中，通常是凭借刀具接触点的数据，来决定刀具位置及刀轴方向，而曲面上刀具接触数据点最好可以在加工的允许误差范围内随曲面曲率做动态调整，也就是路径间距和刀具进给量可以随着曲面的平坦或是陡峭来做不同疏密程度的调整。这些都能在UG

22、多轴加工中充分体现。实践证明，UG/CAM的高端技术可以为产品复杂三维型面的数控加工带来极高的加工效率、加工质量，并给企业带来可观的经济效益。将先进的VARIABLE_CONTOUR（可变轴曲面轮廓铣）和SEQUENTIAL_MILL（顺序铣）等加工模块应用于数控加工中，让这先进的制造技术为企业的产品开发制造及各类加工中心（包括三轴、四轴、五轴加工中心）的高效利用发挥巨大作用，创造出更大的经济效益。1.1.3 UG NX5操作导航工具栏基本内容节点与“树”关系图1-13UG NX5操作导航器是让用户管理当前部件的操作及操作参数的一个树形界面，用于说明部件的组和操作之间的关系。处于从属关系的组或

23、者操作将可以继承上一级组的参数。操作导航器中以图示的方式表示操作与组之间的关系。在操作导航器中可以对操作或组进行复制、剪切、粘贴、删除等操作，用户也可以使用相应的快捷菜单命令或工具栏上的图标命令进行编辑。如图1-13所示，可以在这个菜单中更改当前视图。根据需要，可以分别得到【程序顺序视图】、【机床视图】、【几何视图】和【加工方法视图】。操作导航器是各加工模块的入口位置，是用户进行交互变换操作的图形界面。进入加工环境后，将鼠标停留在界面左边第三个属性按钮使得操作导航器上显示操作导航视图。它以树形结构显示程序顺序视图、机床视图（刀具视图）、几何视图和加工方法视图，以及父子的从属关系。当鼠标离开操作

24、导航器视图，它将自动关闭，除非要特意将其固定。单击导航器中各节点前的展开号（+）或折叠号（-），可以展开或关闭各节点包含的对象。根据操作和组在操作导航器工具中相对位置的不同，一个组中的参数可以向另一组或操作中传递，同时也可以包含它的高一级组中的继承参数，高一级的组称为父组。在操作导航器工具中，组和操作的位置可通过剪切与粘贴以及直接拖动来改变。当一个组或操作被粘贴到某个组中时，则参数继承关系也随之发生变化，会继承新组中的所有参数。该组下的所有操作将会受到影响，需要重新生成。1程序顺序视图程序顺序视图，该视图按照刀具路径的执行顺序列出当前部件中的所有操作，显示每个操作所属的程序组和每个操作在机床上

25、执行的顺序，各操作的排列顺序确定了后置处理的顺序和生成刀具位置源文件的顺序。如图1-14所示，SJ06234A00是父节点，下面有A0001、A0002、A0003等一系列的继承节点。在节点下面又分布很多的操作，当需要改变从属关系就可以通过复制、剪切、内部粘贴等方法。图1-14总的输出规则是：如果通过选取程序节点输出，每次只能选择一个程序节点；如果通过直接选择操作输出，只能选取同一程序节点下的连续排列的操作，且一旦输出这些操作，系统即会自动为这些操作创建一个程序节点；如果通过选取程序节点输出，而这个程序节点下有程序子节点，同层次程序节点是先输出上面节点中的操作，后输出下面节点中的操作，不同层次

26、的顺序节点是先输出父节点中的操作，后输出子节点中的操作；同一节点中操作的输出顺序是先输出上面的操作后输出下面的操作。在程序顺序视图中，每个操作名称后面显示该操作的相关信息：l 换刀：显示该操作相对以前操作是否更换刀具，如果换则显示一个刀具样的图标。l 路径：显示该对应操作的刀具路径是否已经生成，如果是，将显示一个对勾。l 刀具：显示该操作使用的刀具，一般使用直径加底圆半径作为名称。l 刀具号：在加工中心中如果刀具已经编号则使用对应的刀具号，一般可以按顺序排号。如果不定义则为空。l 时间：指对应操作的加工时间。l 几何体：显示该操作所使用的几何体。l 方法：显示加工的方法。包括精加工、粗加工和普通的加工方法。2机床视图机床视图是使用刀具来组织各个操作的。其中列出了当前部件中存在的各种刀具，以及对应的操作名称，如图1-15所示，并且在机床视图中列出与当前刀具相关的描述信息。图1-15刀具节点及其下面的操作都可以通过剪切和粘贴等来改变其在“树”中的位置。改变刀具的位置没有实际意义，仅仅是让同类刀具排在一起便于查看。一个操作只能对应一把刀具，因此将一个操作从一把刀具下移到另一把刀具下实际上就是改变了操作所使用的刀具。改变同一把刀具下的操作的排序没有实际意义。l 描述：显示该操作对应的描述，可以是刀具类型、加工方法等。l 顺序组：显示该操作对应的加工顺序程序顺序号，