数控技术：UG 型腔铣削加工方法

第八章UG型腔铣削加工方法－CAVITYMILLING

型腔铣概述1）型腔铣特点

型腔铣操作与平面铣一样是在与xy

平面平行的切削层上创建刀位轨迹，其操作有以下

特点。

a)刀轨为层状，切削层垂直于刀具轴，即在切削过程中机床两轴联动。

b)切削效率高，但会在零件表面上留下层状余料，因此主要用于粗加工，但某些操作也可用于精加工。

c)采用边界、面、曲线或实体定义刀具切削运动的区域，在实际应用中多采用实体。

d）刀位轨迹创建容易，只要指定零件几何体与毛坯几何体，即可生成刀轨。

e)可适用于带有倾斜侧壁、陡峭曲面及底面为曲面的工件的粗加工与精加工，典型零件如模具动模、定模及各类型框等。2)型腔铣的几个重要概念

a)零件、毛坯、检查几何体

在型腔铣中，零件几何体必须定义，毛坯与检查几何体为可选。曲线、曲面、实体均可

定义为以上这3类几何体；另外，零件与毛坯几何还可以使用小平面几何体（facetedbody)定义。在实际应用中，常使用实体或小平面体定义零件与毛坯几何。

当零件与毛坯几何均为实体或小平面体时，零件与毛坯几何体之间的材料为被去除的材料，UG系统即通过计算被去除的材料产生刀轨。b)切削层、切削区间型腔铣刀轨为层状，该层称为切削层，切削层定义了切削平面的位置。切削层由切削区间与每层切削深度定义。

UG系统会自动根据零件和毛坯几何产生一个切削区间，其深度为几何体上的最高点到最低点。型腔铣必须有一个或一个以上的切削区域。在实际应用中，对于深型腔、高凸台即曲面复杂的零件，需要定义多个切削区间，使用不同切削深度，以使型面上的残留余料更为均匀，方便后续加工。c)IPW

IPW（InProcessWorkpiece）是指一道加工工序完成后剩余的材料，又叫中间毛坯。在型腔铣中，为了更加高效地生成粗加工、半粗加工程序就需要使用IPW作为毛坯几何。IPW

小平面模型，在UGNX

以前的版本，如果需要使用IPW，则必须采用手动办法创建小平面模型。从

UGNX开始，在型腔铣中可自动创建IPW，作为下一道工序的毛坯。

参考刀具也可起到类似效果

d)等高轮廓铣（Z-LevelMilling）

等高轮廓铣操作是用多个切削层铣削实体或曲面的轮廓。对于某些型面复杂的零件，其需加工的型面既有起伏较为平缓的曲面，也有陡峭，甚至是接近垂直的斜面或曲面，典型零件如模具的型腔与型芯。在加工具有这类特点的零件时，对于平缓曲面与陡峭曲面需要采用

不同的加工方式，等高轮廓铣就特别适合于陡峭曲面的精加工。一、型腔铣削加工方法选择说明

CAVITY_MILLZLEVEL_FOLLOW_CAVITY：凹模加工ZLEVEL_FOLLOW_CORE：凸模加工CORNER_ROUGH；ZLEVEL_PROFILE；ZLEVEL_PROFILE_STEEP。二、型腔铣削对话框三、加工几何定义CavityMilling从字面上看是型腔加工，实际通过工件和毛坯的定义可完成各种形状零件的加工。

型腔铣操作可加工的形状特点：平面铣无法加工的包含曲面的任何形状的零件，适合平面铣的也可用型腔铣。不能加工存在“反扣”形状的。

在定义零件几何和毛坯几何上，以及切屑深度上与平面铣有重大差别。通常其零件几何、毛坯几何可由SurfaceRegion,Facetedbody,Sheet,Solid,Face,Curve来定义。常用的是Solid,SurfaceRegion,Face.

检查几何可由Sheet,Solid,Face,Curve定义。修剪几何只能由Boundary定义。四、主要参数设定

其大部分参数都和平面铣削相同，在此只介绍很重要的CutLevels（切削深度定义）。 在型腔内部形状很复杂时，多加工层次、复合深度切削对加工质量提高是非常必要的。 选择了工件后，CutLevels按钮被激活，其界面如下图所示。切削深度层次定义方法：自动生成，用户自定义，固定深度切削深度层次定义：增加层次，编辑层次，删除层次。可以拖动滑动条、键入数值、选择图形中的点等方式定义层。进退刀设置安全距离的含义自动进退刀五、刀具轨迹仿真及后置处理验证刀轨：通过可视的方式检查刀具切除材料的过程，已检验操作的刀轨：切屑结果是否正确，是否过切，是否欠切。1）过切(Gouge)：刀具与零件材料发生了干涉，原因：非切屑运动不合理，模型存在几何错误。2）欠切（Excess)：工件上尚未切除的剩余材料。零件余量是正常的剩余材料。不正常的剩余材料是刀轨不合理的表现。过切与欠切的定义

刀具轨迹的仿真可以动态进行实体切削仿真，系统根据加工区域的形状临时生成毛坯（用户可交互定义毛坯），然后进行仿真。在刀具轨迹生成后，系统生成CLSF（刀位文件，CutterLocationSourceFile）记录刀具运动的速度、数据等信息。其语句格式与APT语言类似，必须经过后置处理才能得到被机床数控系统识别的G代码。UG可以由用户根据数控系统格式要求自己定义MDFG文件（*.mdf）,或者在菜单中调用UG/POST

得到完全符合格式要求的加工代码。1、刀具轨迹仿真过程

在UG中，每个加工工序完成以后，都有一个零件的中间过程，称为IPW(IN—Processworkpiece)，IPW可以作为下一道工序毛坯，编程人员可以通过对IPW的观察来确定加工情况。同时，为了确保程序的安全性，必须对生成的刀轨进行检查校验，检查刀具路径有无明显过切或者加工不到位，同时检查是否发生与工件及夹具的干涉。校验的方式有：(1)直接查看。通过对视角的转换、旋转、放大、平移直接查看生成的刀具路径，适于观察其切削范围有无越界，以及有无明显异常的刀具轨迹。(2)手工检查。对刀具路径进行逐步观察。(3)模拟实体切削，进行仿真加工。直接在计算机屏幕上观察加工效果。2、刀轨的编辑

可可视化编辑操作的刀轨。在操作导航工具中选取一个操作，然后选此功能，可对要编辑的刀轨执行各种编辑。如：拷贝、移动、删除、裁剪、延伸等3、刀具轨迹后置处理过程刀位文件输出后置处理ShopDocumentation（工艺文件生成）

在用UG生成数控程序之后，必须对数控程序进行后处理，才能满足不同机床，不同控制系统的特定要求。这是因为由UG生成的刀轨文件只是通用性文件，而每台机床／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代码的输出顺序有不同的要求在UG中，UG为用户提供了一个后处理器——UG／Post，来帮助用户完成后处理。通过建立跟机床／数控系统相匹配的两个文件——事件处理文件(EventHandler后缀是.tcl)和定义文件Deftnitionfile后缀是．def)(这两个文件由UG后处理编辑器一UG／PostBuilder生成)来完成后置后处理。

UG／Post可以完成从简单到任意复杂机床／数控系统的后处理。最后，将后处理之后的程序传入特定数控机床完成数控加工。UGPostBuilder界面六、IPW(中间毛坯/工序模型)“IPW（工序模型）”是一个“型腔铣”切削参数，它指定了操作完成后应保留的材料（剩余材料）。该参数既控制着当前操作由上一（参考）操作输入的状态，又控制着当前操作输出的IPW的状态。使用IPW的操作是余料铣操作。“工序模型”使用的选项如下：

•“No”，使用现有的毛坯几何体（如果有），或切削整个型腔。

•“Use3D”，使用上一步“型腔铣”或Z层操作创建的小平面几何体。

•“UseLevelBased”，使用上一步“型腔铣”或Z层操作中的刀轨。(NX3以后新增功能)使用工序模型后，加工几何里无毛坯选项七、参考刀具

当需要在拐角处加工上一个刀具未达到的剩余材料时，可使用“参考刀具”。未使用参考刀具使用参考刀具“最小材料厚度”是特定于“型腔铣”的一切参数。该参数决定了在打开“工序模型”或使用“参考刀具”时，最少应切削掉的材料的厚度。当打开“最小材料厚度”时，刀轨中任何切削材料的厚度值小于此值的刀轨段都将被抑制。IPW与参考刀具的区别1）都是二次开粗（去残料）的有效方法2）IPW是关联的，参考刀具是非关联的3）IPW比参考刀具要准确，会考虑前面操作的加工余量。4）参考刀具比IPW灵活，计算速度快5）IPW和参考刀具可以同时使用。八、型腔铣实例

型腔铣适合做粗加工。粗加工的主要目的是快速、高效地去除主要余料，因此通常采用较大直径刀具和较大的切削负载，对刀位轨迹的具体要求就是跨距、切深较大，进退刀较少、少走空刀，顺铣、逆铣混合使用，采用较低主轴转速与进给率。型腔铣适于对型面复杂、起伏较大的零件做粗加工。型腔铣和平面铣的区别

型腔铣工序类似于平面铣，都是用平面的切屑层去除大量材料。但不同的是这两种工序类型定义材料的方法不同，平面铣使用边界定义零件材料，型腔铣可以使用边界、面、曲线和实体。平面铣是专门为加工带有直壁、平面的岛顶和底平面的零件而设计，而且底平面垂直于刀轴，而型腔铣专门为加工有斜度的侧壁和曲面的底面零件而设计。型腔铣会留下一些残余材料，如残留高度、台阶状材料等，故型腔铣适用于粗加工工序。留下的材料可用固定轴曲面轮廓铣工序进行精加工。Nc2007_8.1.prtNc2007_8.2.prt，IPW和参考刀具九、等高铣（ZLevelprofilemill)

型腔铣中的等高轮廓铣是采用Profile的切削方法，分层加工。在加工较陡、较深的型面时，采用等高切削可以使刀具受力均匀、震动小，因此特别适合于陡峭曲面的精加工。“等高铣”是一个固定轴铣削模块，其设计目的是对从多个切削层中的实体/面建模的部件进行轮廓铣。使用此模块只能切削部件或整个部件的陡峭区域。除了“部件”几何体，还可以将切削区域几何体指定为“部件”几何体的子集，以限制要切削的区域。如果没有定义任何切削区域几何体，则系统将整个“部件”几何体当作切削区域。在生成刀轨的过程中，处理器将跟踪该几何体，