多轴编程与加工技术（初级） 课件 第三章 案例一 棘轮槽零件五轴数控加工

棘轮槽零件五轴加工0102030405课程导入与零件认知加工工艺规划UG编程基础操作各工步编程设置实操准备与课程总结C

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S目录课程导入与学习目标案例背景：从企业到课堂本教学案例源自企业真实的棘轮槽零件生产项目。经过教学化的重构与简化，我们剔除了复杂的非核心干扰项，保留了工业生产的逻辑内核，使其完美适配数控加工初学者的认知水平，旨在实现从理论学习到岗位实操的无缝衔接。工艺设计方法掌握简单零件的数控加工工艺设计方

法，学会分析图纸技术要求，合理规划加工顺序。UGNX编程学会使用UG

NX软件完成钻铣加工刀路编程，深入理解参数设置对加工质量的影响。五轴实操流程熟悉五轴定向加工的完整实操流程，建立规范的安全操作意识，提升动手实践能力。零件工序图与来料说明来料规格参数采用Ф80×55mm

精车坯料。外圆柱面Ф80已预车完成，圆柱长度方向预留5mm加工余量以供后续处理。工件材料属性选用2A12铝合金。该材料具有高强度和优良的切削加工性能，广泛应用于航空航天及精密机械结构件。工序技术概览本工序重点完成棘轮槽的铣削、钻孔及倒角加工。需严格参照右侧工序图，把控尺寸公差与表面粗糙度要求。棘轮槽零件工序图零件技术要求解读表面粗糙度标准顶平面Ra1.6μm槽面Ra3.2μm其余Ra16μm关键尺寸公差核心控制尺寸为50±0.08

mm。需重点关注加工精度，确保满足装配要求。成型及通用要求几何特征：4×R5

圆弧与Φ10

孔成型。通用标准：无毛刺划痕，未注公差±0.5mm。倒角要求：未注倒角0.5×45°。关键公差区域加工工艺规划三大原则1.先面后孔

(Face

First,

Hole

Second)遵循“基准先行”原则。优先加工平面作为定位基准，再加工孔系。平面定位稳定可靠，能有效保证孔的位置精度及垂直度要求，减少定位误差。先粗后精

(Rough

First,

Finish

Second)粗加工阶段快速去除毛坯大部分余量，释放内应力；精加工阶段修正由受力、受热引起的加工变形，确保零件最终尺寸精度与表面粗糙度达标。先主后次

(Primary

First,

Secondary

Second)优先加工装配基准面及工作表面等主要特征；倒角、键槽、螺纹孔等次要特征穿插在主要表面加工之后进行，避免因主表面加工报废而浪费次要表面的工时。工艺逻辑示意本工序工步划分本道工序共划分为7

个关键工步，遵循“先面后孔、先粗后精”的加工原则。粗铣顶平面快速去除顶面大部分余量，为精加工构建基准。1精铣顶平面保证顶面平面度及Ra1.6表面粗糙度要求。2粗加工槽/弧对十字销槽与弧槽进行开粗，单边留余量。3精加工槽底面去除底面余量，确保深度尺寸及底面光洁度。4精加工槽侧面采用轮廓铣，保证槽宽尺寸公差及侧壁质量。5钻孔加工加工Φ10通孔，注意控制进给与排屑。6倒角去毛刺对棱边进行倒角处理，去除锐边毛刺。7数控加工工序卡（基础信息）工序基本信息表工序号02工序名称棘轮槽孔钻铣加工零件名称棘轮槽毛坯材料铝合金2A12毛坯尺寸Φ80

×

55

mm设备名称五轴加工中心机床型号GS-200i/5a夹具名称三爪自定心卡盘DEVICEProcessing

Equipment五轴加工中心GS-200i/5a高精度数控机床数控加工工序卡（工步1-3参数）参数设定依据本工序切削参数综合考虑了2A12铝合金材料特性及五轴加工中心刚度。其中粗加工（工步1、3）侧重去除效率，精加工（工步2）侧重表面质量控制。实际加工中，操作者需根据机床负载表及切屑颜色适当微调进给倍率。工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速切削速度进给速度切削深度1粗铣Φ80棘轮槽上平面T1硬质合金立铣刀D12×30×752精铣Φ80棘轮槽上平面T2硬质合金立铣刀D12×35×753粗加工十字销槽、弧槽T3硬质合金立铣刀D8×15×65(r/min)(m/min)(mm/min)(mm/层)480018025001480018015000.2720018025000.5数控加工工序卡（工步4-7参数）4精加工十字销槽、弧槽底面T4硬质合金立铣刀D8×20×65800020018000.25精加工十字销槽、弧槽侧面T4硬质合金立铣刀D8×20×65800020012000.2(Ae)6钻孔T5麻花钻D10×50×85100031100/7倒角T690°硬质合金倒角刀D10×5×7560001901800/精加工策略侧面精加工采用小切深（0.2mm

Ae），保证表面光洁度。转速与进给小直径刀具（D8）采用高转速（8000rpm）以获得合适的切削速度。刀具选择钻孔使用麻花钻，倒角使用专用倒角刀，分工明确提高效率。切削参数说明综合选定依据切削参数的设定并非孤立，需综合考量工艺系统刚度（机床、夹具）、刀具材料（硬质合金、高速钢）及工件材料（2A12铝合金）的切削性能。现场动态调整理论计算值仅作为参考基准。实际加工中，操作者需根据切削声音、机床振动及排屑状态，通过倍率旋钮实时微调(转速)与(进给)。提示：粗加工侧重去除效率，精加工侧重表面质量。UG

NX模型导入方法（prt格式）方式一：直接双击打开这是最基础且常用的打开方式。在Windows资源管理器中找到目标.prt

文件，双击即可自动启动UGNX软件并加载模型。适用场景：软件未启动或从文件夹快速访问方式二：拖拽文件打开当UG

NX软件已经处于运行状态时，可以直接将桌面或文件夹中的.prt文件按住左键拖入NX绘图区域松开即可。适用场景：软件已打开，需快速切换或查看模型操作示意：将文件图标拖入软件界面UG

NX模型导入方法（非prt格式新建导入）新建模型文件启动软件后点击【新建】按钮，选择【模型】模板。在此步骤中，需重点确认单位制式（毫米/英寸）及文件存储路径。执行文件导入进入建模环境后，点击菜单栏【文件】→【导入】。在下拉菜单中选择对应的外部文件格式（如STEP,IGES,Parasolid等）。操作提示新建导入法能有效避免直接打开非原生文件时可能出现的坐标系混乱或单位不匹配问题，建议作为标准导入流程使用。新建文件设置示意图操作界面UG

NX模型导入方法（非prt格式直接打开）1启动打开功能启动UGNX软件，点击菜单栏【文件】→【打开】，或直接使用快捷键Ctrl+O

。2筛选文件类型定位到目标文件夹，关键步骤是在【文件类型】下拉框中选择对应格式（如STP/IGES），否则无法显示文件。3确认导入选中目标文件（如“叶轮建模

3.stp”），点击【OK】按钮，系统将自动转换并打开模型。重点提示：务必切换文件类型过滤器UG支持导入文件格式汇总PRT.prtUG

NX原生文件格式，包含部件模型或装配结构信息。Parasolid.x_t通用几何内核格式，实体和片体模型数据交换的标准格式。STEP.stp

/.step国际通用3D模型数据交换标准，兼容性极高。IGES.igs

/.iges主要用于曲面数据交换，早期的CAD数据交换标准。STL.stl三角片体文件，常用于3D打印和逆向工程扫描数据。格式兼容性UG

NX具备强大的数据转换接口，支持市面上绝大多数主流

CAD格式。UG编程创建程序组程序组创建界面1.切换视图模式打开源文件进入【加工】应用模块，在工序导航器上方空白处右键或点击设置，将视图模式切换至“程序顺序视图”，以便进行程序结构管理。2.插入粗加工组点击【菜单】→【插入】→【程序】，在弹出的对话框中选择父节点为NC_PROGRAM，将新程序组命名为“粗加工”并确认。3.复制创建精加工右键点击已创建的“粗加工”程序组选择【复制】，然后在父节点处【粘贴】，将新生成的程序组重命名为

“精加工”。刀具参数表（D12立铣刀）刀具号刀具名称刀具规格加工阶段01D12CU硬质合金立铣刀D12×30×75粗加工02D12JING硬质合金立铣刀D12×35×75精加工D12CU：刃长30mm，适合大切深开粗D12JING：刃长35mm，适合深腔精修本工序主要使用两把直径为12mm

的硬质合金立铣刀，分别用于粗加工去除大部分余量和精加工保证尺寸精度与表面质量。刀具参数表（D8立铣刀）D8系列硬质合金立铣刀参数刀具号 刀具名称 刀具规格 应用工序03D8CU粗加工用D8×15×65刃长15mm/全长65mm粗加工十字销槽、弧槽04D8JING精加工用D8×20×65刃长20mm/全长65mm精加工槽底面、侧面选型说明本工序选用两把D8立铣刀分别进行粗、精加工。D8CU

主要用于去除大部分余量，刃长较短以保证刚性；D8JING

刃长稍长（20mm），用于精修侧壁及底面，确保表面质量达到Ra3.2μm要求。材质：硬质合金刃数：4刃刀具参数表（倒角刀与麻花钻）倒角加工刀具刀具号：T05刀具代号刀具规格D10C90D10×10×75加工特征顶面轮廓倒角/去毛刺钻孔加工刀具刀具号：T06刀具代号刀具规格Z10D10×50×85加工特征Φ10通孔加工平底立铣刀创建步骤切换视图环境进入UG

NX加工模块，将工序导航器从默认视图切换至【机床视图】，以便进行刀具层级管理。定义刀具类型点击【创建刀具】，选择类型为mill_lplanar

，子类型选择mill

，并命名为"D12CU"。配置几何参数在铣刀参数对话框中设置：直径12mm、长度

75mm、刀刃长度30mm

及刃数4，点击确定完成创建。UG

NX刀具参数设置界面倒角铣刀创建步骤选择刀具子类型点击“创建刀具”，在子类型列表中选择CHAMFERMILL

，并将其命名为“D10C90”。设置关键参数在参数对话框中设置：直径10mm、倒斜角长度

5mm、倒斜角度45°。确认完成创建核对各项参数设置无误后，点击“确定”按钮，完成倒角铣刀的创建流程。麻花钻创建步骤注意：STD_DRILL为标准钻头类型，适用于常规孔加工。刀尖角度118°是标准麻花钻的典型参

数。1

类型选择与命名类型：hole_making子类型：STD_DRILL命名：Z102

关键参数设置直径(D)10mm刀尖角度118°刀刃长度(FL)50mmUG

NX-创建刀具操作界面示意图坐标系几何体与安全平面设置（打开设置）步骤一：切换视图模式在UG

NX的工序导航器中，首先点击顶部工具栏，将视图模式从“程序顺序视图”切换至“几何视图”，以便查看加工坐标系结构。步骤二：定位MCS节点在几何视图的树状结构中，找到顶层的MCS_MILL节点。这是控制整个数控加工坐标系（MCS）和安全平面的核心父节点。步骤三：启动参数设置双击该MCS_MILL节点，系统将弹出“MCS铣削”参数对话框，准备进行后续的安全距离与原点位置设定。NX

-

MCSMill

Settings坐标系几何体与安全平面设置（参数调整）设置安全距离将安全距离参数修改为30mm。此设置定义了刀具在非切削移动时的安全高度，确保刀具在毛坯平面上方足够距离处移动，有效避免碰撞风险。指定MCS原点点击“指定MCS”选项，在图形区域利用软件的智能捕捉功能，精确选择顶面Φ10孔的圆弧中心。确认坐标系方向确保Z轴垂直向上，XY平面位于工件顶面。完成设置后，加工坐标系（MCS）将准确位于工件顶面几何中心，为后续编程提供基准。坐标系几何体与安全平面设置（完成创建）确认参数设定在“MCS铣削”对话框中，确认安全距离设置为30mm，且原点已正确捕捉后，点击【确定】按钮完成设置步骤。坐标系精准定位此时加工坐标系（MCS）已精确建立在工件顶面Φ10孔的圆心位置，Z轴垂直向上，满足“顶面孔中心”的工艺要求。三维视图确认在图形窗口中观察最终效果，确保坐标系显示清晰，原点位置与工件几何体相对位置无误，为后续创建工序做好准备。创建几何体-工件几何体创建WORKPIECE对象在工序导航器中点击【创建几何体】，类型选择WORKPIECE，将其命名为“WORKPIECE2023”以建立加工几何体父节点。指定部件模型点击【指定部件】按钮，在绘图区域准确选中棘轮槽零件模型，系统将识别其为最终加工目标。设置毛坯参数点击【指定毛坯】，选择“包容块”类型。根据工艺要求设置偏置值，确保包含足够的加工余量。操作界面示意图UG

NX-工件几何体设置指定几何体操作演示UG

NX-工件几何体设置指定部件几何体在工件几何体(WORKPIECE)对话框中，点击

“指定部件”图标，直接在图形工作区选中棘轮槽三维模型实体作为加工目标。定义毛坯形状点击“指定毛坯”，在下拉菜单中选择“包容块”(BoundingBlock)。系统将基于零件最大外形尺寸自动生成最小包容长方体。设置加工余量在包容块参数设置面板中，找到ZM+方向，输入偏置值5mm

。此操作用于在顶面创建加工余量，供后续面铣工序切削。创建加工方法-粗加工选择方法类型在“创建方法”对话框中，类型选择MILL_ROUGH

，并将方法命名为“棘轮槽粗加工”。设置部件余量在铣削方法参数中，将部件余量设置为0.2mm，为后续的精加工工序预留足够的切削材料。设定加工公差将内公差与外公差均设置为0.01mm，以平衡粗加工的计算效率与模型逼近精度。加工余量与公差说明部件余量(Part

Stock)指刀具切削后零件表面残留的材料厚度。本案例中，粗加工预留0.2mm余量，为后续精加工提供切削空间，确保最终表面质量。加工公差(Tolerance)定义刀具切入(内)或偏离(外)工件的最大允许误差。粗加工设置为0.01mm以提高计算速度；精加工需设置为

0.005mm以保证轮廓精度。粗精加工策略对比粗加工：重效率，留余量，公差较松。精加工：重质量，余量为0，公差严谨，确保尺寸准确。加工策略表-顶平面粗加工核心工步01粗铣Φ80棘轮槽上平面目标：快速去除顶面毛坯余量，构建基准平面。加工工法底壁铣(Mill_Planar)刀具规格D12CU(硬质合金立铣刀)D12×30×75mm切削参数S:

4800r/minF:

2500mm/min工艺要点提示粗加工阶段重点在于去除效率，采用往复式切削模式可减少抬刀次数。切削深度设定为1mm，确保刀具负载均匀，同时预留0.2mm余量以保证后续精加工的表面质量。加工仿真视图往复式切削路径示意加工策略表-顶平面精加工注意：精加工阶段需严格控制切削参数，切削模式采用“往复”走刀，确保顶平面光洁度达到Ra1.6μm要求。02关键工艺参数使用刀具D12JING(硬质合金立铣刀)主轴转速(S)4800r/min进给速度(F)1500mm/min加工余量底面0mm/侧壁0mm工步信息精铣Φ80棘轮槽上平面底壁铣

精加工效果预览加工策略表-十字销槽粗加工工步03：策略定义加工对象：十字销槽与弧槽区域。加工工法：底壁铣(Mill_Planar)。工艺目标：快速去除槽腔内部大部分材料，为后续精加工预留均匀余量。刀具配置(Tooling)刀具号：T3(D8CU)规格：硬质合金立铣刀D8×15×65适用性：适合小空间槽腔的高效粗加工排屑。关键切削参数主轴转速：7200r/min切削深度：0.5mm/层进给速度：2500mm/min侧壁余量：0.2mm工步03加工策略表-十字销槽底面精加工04工步名称与工法名称：精加工十字销槽、弧槽底面工法：底壁铣(Mill

Planar)刀具选用刀号：T4规格：硬质合金立铣刀D8×20×65进给(F)：1800mm/min切削参数设置转速(S)：8000r/min切深(ap)：0.2

mm(精加工)加工策略表-十字销槽侧面精加工工步05：侧面精加工针对十字销槽与弧槽的侧壁表面进行最终精修，确保尺寸精度与表面光洁度。工法：底壁铣(Floor

and

Wall)切削模式采用“轮廓”(Profile)方式，刀具沿侧壁轮廓连续切削，避免接刀痕迹。精度控制(余量设置)壁余量(Wall

Stock)：0mm

(达到最终尺寸)底面余量(FloorStock)：0.01mm

(保护底面)刀具配置使用D8JING

硬质合金立铣刀，利用侧刃进行精密切削。Step

05加工策略表-钻孔加工工步详情Step

06工步名称钻孔加工工法HOLE_MAKING

钻孔使用刀具T5-麻花钻D10×50×85加工对象Φ10中心定位孔切削参数主轴转速(S) 进给速度(F)1000r/min 100mm/min加工提示：钻孔操作需注意排屑顺畅，防止钻头折断。该工步为刀轨可视化视图加工策略表-倒角加工Step

07工步序号倒角去毛刺针对零件顶面外侧棱边进行C0.5倒角处理关键参数设定底面偏置:-1.0mm部件余量:-0.2mm加工工法平面铣(PLANAR_MILL)使用刀具D10C90

(90°倒角刀)切削模式轮廓(PROFILE)CAMSimulation顶平面粗加工工序创建选择工序类型点击【创建工序】，在类型下拉菜单中选择

mill_planar

，子类型选择底壁铣

(FLOOR_WALL)。关联加工对象程序：粗加工(NC_PROGRAM)

刀具：D12CU

(D12粗加工立铣刀)几何体：WORKPIECE2023方法：MILL_ROUGH命名工序将工序名称设定为顶平面粗加工，点击确定进入详细参数设置界面。工序创建参数设置UG

NX-创建工序顶平面粗加工刀轨设置切削模式选择切削模式选择“往复”，减少空行程抬刀，提高大平面区域的材料去除效率。步距参数设定步距设为刀具平直的65%，在保证切削效率的同时，避免残留未切削区域。分层切削深度每刀切削深度设置为1mm，确保切削负载适中，保护刀具并维持加工稳定性。余量与边界控制最终底面余量预留0.2mm

供精加工，并设置延伸底面至部件轮廓以完全覆盖。步距设置方式说明恒定步距刀路之间保持固定的水平距离，不随表面斜率变化而调整。适用场景适合平面、底面或规则几何体的加工。残余高度根据表面曲率动态调整步距，以控制相邻刀路间的残留波峰高度一致。适用场景适合复杂曲面精加工，保证表面质量均匀。刀具平直%按照刀具有效直径的百分比来设定步距，计算简单直接。适用场景粗加工首选，兼顾效率与负载。粗加工参数推荐在进行粗加工时，为了保证去除效率同时避免刀具过载，通常将步距设置为刀具平直百分比的50%-75%

。顶平面粗加工进给率设置主轴转速(SpindleSpeed)4800

r/min切削进给(CutFeed)2500

mm/min软件自动计算参数表面速度180

m/min每齿进给0.13

mm系统根据设定的主轴转速与进给速度，自动推算表面切削速度及每齿进给量，确保处于合理切削范围。UG

NX

-

Feeds

and

Speeds参数设置区域顶平面精加工工序创建1工序类型选择点击【创建工序】，在类型下拉菜单中选择mill_planar

，子类型选择底壁铣(Floor

Wall)。2关联对象设置程序：精加工(PROGRAM)刀具：D12JING(精加工刀)方法：MILL_FINISH3关键参数配置切削模式：往复

切削深度：0

mm底面毛坯厚度：0.2mmUG

NX-工序参数设置参数设置界面台阶面及开放槽粗加工工序关键参数设置：底壁铣类型|跟随部件模式|刀具平直75%步距工序类型底壁铣MILL_PLANAR/底壁铣切削模式跟随部件Follow

Part/优化路径步距设置75%%刀具平直/效率优先切削深度0.5mm每刀切深/粗加工操作要点解析1刀具选择：选用D8CU

硬质合金立铣刀，适应台阶面及开放槽的尺寸特征。2模式优势：“跟随部件”模式能有效减少空刀，保持刀具负载稳定，适合形状复杂的粗加工。3余量控制：设置底面毛坯厚度10mm，预留侧壁与底面精加工余量。UG

NX编程界面示意精加工刀轨复制操作1

复制源刀轨在工序导航器中，选中已创建的“台阶面开放槽粗加工”刀轨，点击鼠标右键选择复制。2

粘贴并重命名在精加工程序组内右键粘贴，并将新生成的工序重命名为“台阶面开放槽精加工底面”，以便区分管理。3

关键参数调整加工方法修改为：MILL_FINISH

(精加工)底面毛坯厚度：0.2mm

(预留给最终光刀)切削余量：设置为0NX编程操作演示台阶面侧面精加工设置刀轨复制与重命名复制底面精加工刀轨，粘贴并重命名为“台阶面开放槽精加工侧面”，确保工序继承性。切削模式调整将切削模式修改为轮廓(Profile)

，仅针对侧壁进行精细化切削，避免重复加工底面。精加工余量控制设置壁余量为0，最终底面余量为0.01mm，防止刀具刮伤已加工好的底面。刀具补偿设置刀具补偿位置选择“最终精加工刀路”，确保尺寸精度符合图纸公差要求。UGNX参数设置界面钻孔加工工序创建工序类型选择在创建工序对话框中，将类型设置为hole_making

，子类型选择钻孔工序，确保进入正确的制孔加工模块。刀具与几何体关联在对象栏中，刀具选择预设的Z10

麻花钻，并指定Φ10孔为特征几何体，系统将自动识别孔位坐标。切削参数设定根据工艺要求，设置主轴转速为1000

r/min，切削进给速度为100

mm/min，以保证钻孔过程平稳且排屑顺畅。UGNX钻孔参数设置界面倒角加工工序创建工序类型与模式选择创建工序时选择mill_planar

类型，子类型设为平面铣。关键在于将切削模式设置为轮廓，以沿零件边缘进行加工。刀具关联与边界指定选用预设的D10C90

倒角铣刀。在几何体选择中，指定棘轮槽顶面外侧轮廓作为部件边界，确保倒角位置准

确。关键切