第1章UGNX數(shù)控加工介紹

數(shù)控加工模塊及UG10.0介紹

目前應(yīng)用于數(shù)控編程軟件很多，大多數(shù)都集計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）和計算機(jī)輔助制造（CAM）于一體。UGNX10.0是當(dāng)今世界上最經(jīng)濟(jì)、最有效及全方位的CAD/CAM軟件之一。1.1

CAD/CAM軟件數(shù)控模塊

CAD、CAM基本概念：

CAD（ComputerAidedDesign，計算機(jī)輔助設(shè)計）是指以計算機(jī)為輔助工具，根據(jù)產(chǎn)品的功能要求，完成產(chǎn)品的工程信息及制圖。

CAM（ComputerAidedManufacturing，計算機(jī)輔助制造）是指以計算機(jī)為輔助工具，控制刀具進(jìn)行指定的運(yùn)動，加工出需要的工件。1.1

CAD/CAM軟件數(shù)控模塊

常用CAD/CAM軟件介紹

■MastercamMastercam是由美國CNCSoftware公司推出的基于PC平臺的CAD/CAM軟件，它具有強(qiáng)大的加工功能，尤其在對復(fù)雜曲面自動生成加工代碼方面，具有獨到的優(yōu)勢。由于Mastercam主要針對數(shù)控加工，所以其零件的設(shè)計造型功能不強(qiáng)，但由于他對硬件要求不高，且操作靈活，易學(xué)易用，價格較低，因此受到很多企業(yè)的歡迎。■UGNXCAD/CAM系統(tǒng)UGNX由SiemensPLMSoftware公司開發(fā)經(jīng)銷，其不僅具有復(fù)雜造型和數(shù)控加工的功能，還具有管理復(fù)雜產(chǎn)品裝配，進(jìn)行多種設(shè)計方案的對比分析和優(yōu)化等功能。該軟件具有較好的二次開發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)交換能力。其龐大的模塊群為企業(yè)提供從產(chǎn)品設(shè)計，產(chǎn)品分析，加工裝配，檢驗，到過程管理，虛擬運(yùn)作等全系動畫的技術(shù)支持。由于軟件運(yùn)行對計算機(jī)的硬件配置有很高的要求，其早期試用版只能在小型機(jī)和工作站上使用。隨著微機(jī)配置的不斷升級，已開始在微機(jī)上使用。目前該軟件在國際市場上已占有較大的份額，本書將以UGNX10.0為例來介紹零件自動編程的方法?！鯬RO/ENGINEERPRO/ENGINEER是美國PTC公司研制和開發(fā)的軟件，它開創(chuàng)了三維CAD/CAM參數(shù)化的先河。該軟件具有基于特征全參數(shù)，全相關(guān)和單一數(shù)據(jù)庫的特點，可用于設(shè)計和加工復(fù)雜的零件。另外，它還具有零件裝配，機(jī)構(gòu)仿真，有限元分析，逆向工程，同步工程等功能?！鯟ATIACATIA是最早實現(xiàn)曲面造型的軟件，它開創(chuàng)了三維設(shè)計的新時代。它的出現(xiàn)首次實現(xiàn)了計算機(jī)完整描述零件的主要信息，使CAM技術(shù)的開發(fā)有了現(xiàn)實的基礎(chǔ)。目前CATIA系統(tǒng)已發(fā)展成從產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品分析、加工、裝配和檢驗，到過程管理虛擬運(yùn)動等眾多功能的大型CAD/CAM/CAE軟件■CimatronCimatron是以色利Cimatron公司提供的CAD/CAM/CAE軟件，它較早在微機(jī)平臺上實現(xiàn)三維CAD/CAM的全功能系統(tǒng)。它具有三維造型，生成工程圖，數(shù)控加工等功能，還具有專用的數(shù)據(jù)接口及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等功能。該軟件在我國很早就得到了全面漢化，已積累了一定的應(yīng)用經(jīng)驗?！鯟AXACAXA是由我國北京北航海爾軟件有限公司研制開發(fā)的全中文，面向數(shù)控銑床和加工中心的三維CAD/CAM軟件。CAXA基于微機(jī)平臺，采用原創(chuàng)Windows菜單和交互方式全中文界面，便于用戶輕松地學(xué)習(xí)和操作。CAXA既具有線框造型，曲面造型和實體造型的設(shè)計功能，又具有生成2~5軸的加工代碼的數(shù)控加工功能，可用于加工具有復(fù)雜三維曲面的零件其特點三易學(xué)易用，價格較低，已在國內(nèi)眾多企業(yè)，院校及研究院中得到應(yīng)用。1.1

UGNX10.0數(shù)控加工方式特點UGNX10.0的加工環(huán)境中提了許多操作模板，但實際上只需要掌握幾種最基本的操作即可具備編程的能力，并投入實際工作，其他操作都是從這幾種基本操作中擴(kuò)展出來的，稍有區(qū)別，在實際使用時甚至可以不使用擴(kuò)展操作。以下是UGNX10.0加工主要模塊的介紹。1.1

UGNX10.0數(shù)控加工方式特點■型腔銑(CavityMilling)型腔銑模塊在加工中特別有用，可應(yīng)用于大部分工件的粗加工、半精加工和部分精加工。型腔銑的操作原理是通過計算毛坯除去工件后剩下的材料，并以此作為被加工的材料來產(chǎn)生刀軌，所以只需要定義工件和毛坯即可計算刀位軌跡，使用簡便且智能化程度高?！銎矫驺姾兔驺?PlanarMilling)平面銑和面銑模塊是UGNX10.0加工最基本的操作，這兩種操作創(chuàng)建的刀位軌跡是基于平面曲線進(jìn)行偏移而得到的。平面銑通過定義的邊界在XY平面創(chuàng)建刀位軌跡。面銑是平面銑的特例，它基于平面的邊界，在選擇了工件幾何體的情況下，可以自動防止過切。■固定軸曲面輪廓銑(Fixed-AxisMilling)固定軸曲面輪廓銑模塊是UGNX10.0的精髓，是UGNX10.0精加工的主要操作。固定軸曲面輪廓銑的操作原理是，首先通過驅(qū)動幾何體產(chǎn)生驅(qū)動點，然后將驅(qū)動點投影到工件幾何體上，再通過工件幾何體上的投影點計算得到刀位軌跡點并通過設(shè)定的非切削運(yùn)動計算出所需的刀位軌跡?！隹勺冚S曲面輪廓銑(VariableAxisMilling)可變軸曲面輪廓銑模塊支持在任一UG曲面上的固定和多軸銑功能，它可以做完全的3～5軸輪廓運(yùn)動，刀具方位和曲面光潔度質(zhì)量可以規(guī)定，可以利用曲面參數(shù)投射刀軌到曲面上并且可以用任一曲線或點控制刀軌?！鳇c位加工（PointToPoint）點位加工可產(chǎn)生鉆、擴(kuò)、鏜、鉸和攻螺紋等操作的加工路徑，該加工的特點是用點作為驅(qū)動幾何體，可根據(jù)需要選擇不同的固定循環(huán)?！鲕囅骷庸ぃ↙athe）UGNX10.0中提供了強(qiáng)大的數(shù)控5車削加工模塊，包含了租車加工、精車加工、中心鉆孔加工、螺紋加工等操作，能夠?qū)崿F(xiàn)各種復(fù)雜回轉(zhuǎn)類零件的數(shù)控加工編程。■線切割（WireEDM）UGNX10.0中提供了強(qiáng)大的線切割加工的編程方法，包括外輪廓、內(nèi)輪廓、開放邊界等，能夠?qū)崿F(xiàn)2軸或4軸的加工方法。1.1

界面介紹

UGNX10.0的Windows版本的界面風(fēng)格是標(biāo)準(zhǔn)的Windows圖形用戶界面，它的界面簡單易懂。用戶只要了解各部分的位置與用途，就可以充分運(yùn)用系統(tǒng)的操作功能，給設(shè)計工作帶來方便。1.2

界面功能區(qū)UGNX10.0的功能界面如圖1-1所示。在工作界面中主要包括菜單欄、工具欄、工具條、浮動工具條、資源條和圖形工作區(qū)等。1.2菜單欄包含了UGNX10.0的所有功能命令。系統(tǒng)將所有的命令或設(shè)置選項予以分類分別放置在不同的菜單項中，以方便用戶的查詢及使用。工具條可以是固定的也可以是浮動的，系統(tǒng)按照功能模式的要求建立了各種工具條，在工具條的圖標(biāo)中幾乎包含了UGNX10.0系統(tǒng)的全部功能。每個工具圖標(biāo)欄中的圖標(biāo)按鈕都對應(yīng)著不同的命令，而且圖標(biāo)按鈕都以圖形的方式直觀地表現(xiàn)了該命令的功能，用戶可以根據(jù)使用定制工具條的按鈕功能，選擇下方是否顯示文本提示等。資源條中包含了在具體的應(yīng)用模塊中系統(tǒng)可以提供的資源，如在加工模塊中，資源條中可以調(diào)用【裝配導(dǎo)航器】、【約束導(dǎo)航器】、【部件導(dǎo)航器】、【工序?qū)Ш狡鳌?、【加工特征?dǎo)航器】，【機(jī)床導(dǎo)航器】等多個資源條，方便用戶使用。圖形工作區(qū)是用戶使用的最大的工作窗口，在圖形工作區(qū)中最主要進(jìn)行模型的顯示和編輯等操作。

圖1-1

加工環(huán)境的設(shè)置進(jìn)入UGNX10.0的基本環(huán)境，單擊【啟動】按鈕，彈出其下拉列表，如圖1-2所示。單擊【加工】選項，當(dāng)一個工件是首次進(jìn)入加工模塊時，系統(tǒng)將會彈出【加工環(huán)境】對話框，如圖1-3所示。如果是第次或多次進(jìn)入加工模塊時，則不會彈出該對話框?！炯庸きh(huán)境】對話框要求進(jìn)行初始化，其對話框中的【要創(chuàng)建的CAM設(shè)置】設(shè)置了指定加工設(shè)定的默認(rèn)文件即加工方式，要選擇一個加工模板集。選擇模板文件決定了加工環(huán)境初始化后可以選用的操作類型，同時決定了在生成程序、刀具、方法、幾何體時可以選擇的父節(jié)點類型?！疽獎?chuàng)建的CAM設(shè)置】選擇好后，單擊【加工環(huán)境】對話框中的【確定】按鈕，系統(tǒng)則根據(jù)指定的加工配置調(diào)用相應(yīng)的模板和相關(guān)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行加工環(huán)境的初始化。1.2

圖1-2【加工】選項

圖1-3【加工環(huán)境】對話框

插入工具條圖1-4所示為加工環(huán)境中非常重要的【插入】工具條，包含了【創(chuàng)建程序】、【創(chuàng)建刀具】、【創(chuàng)建幾何體】、【創(chuàng)建方法】、【創(chuàng)建工序】5個工具，其作用分別如下。創(chuàng)建程序用于新建程序?qū)ο髣?chuàng)建刀具用于新建加工所用的刀具并設(shè)置參數(shù)創(chuàng)建幾何體用于新建幾何體組對象，可設(shè)定該幾何體包含的工件、毛坯或坐標(biāo)系等。創(chuàng)建方法用于新建加工方法組，設(shè)定該方法的余量和加工公差。創(chuàng)建工序用于新建操作。選擇操作模板，并設(shè)定操作參數(shù)。1.2

圖1-4【插入】工具條

導(dǎo)航器工具條和視圖UGNX10.0加工環(huán)境中的工序【導(dǎo)航器】是一個對創(chuàng)建的操作進(jìn)行全面管理的窗口，它有4個視圖，分別是【順序視圖】、【機(jī)床視圖】、【幾何視圖】和【加工方法視圖】，如圖1-5所示。這4個視圖分別使用程序組、刀具、幾何體和方法作為主線，通過樹形結(jié)構(gòu)顯示所有的操作，如圖1-6～圖1-9所示。工序?qū)Ш狡鞯?個視圖是互相聯(lián)系的、統(tǒng)一的整體，絕不可誤解為是各自孤立的部分，它們都始終圍繞著操作這條主線，按照各自的規(guī)律顯示。工序?qū)Ш狡鞯?個視圖只是數(shù)控程序的幾個側(cè)面，通過不同主線，分別集中顯示程序、刀具、幾何體和方法，使所進(jìn)行的操作看起來一目了然。1.2

圖1-5【導(dǎo)航器】工具條

圖1-6【程序順序】視圖圖1-7【機(jī)床】視圖圖1-8【幾何】視圖圖1-9【加工方法】視圖

UGNX典型編程流程

UG根據(jù)単位實體模型創(chuàng)建加工刀具路徑，因此，在進(jìn)入加工模塊前，應(yīng)先在建模環(huán)境下建立零件的三維模型，也可導(dǎo)入其他CAD軟件創(chuàng)建的三維模型，如SolidEdge、Solidworks、ProE、CATIA等。在進(jìn)入加工模塊前，應(yīng)在建模環(huán)境下建立用于加工零件的毛坯模型。因為在創(chuàng)建操作時，需要選擇毛坯幾何體在模擬刀具路徑時，需要使用毛坯來觀察零件的成形過程。當(dāng)首次進(jìn)入加工應(yīng)用時，系統(tǒng)要求設(shè)置加工環(huán)境。設(shè)置加工環(huán)境指定了當(dāng)前零件相應(yīng)的加工模板（如車、鉆、平面銑、多軸銑和型腔銑等）、數(shù)據(jù)庫（刀具庫、機(jī)床庫、切削用量庫和材料庫等）、后置處理器和其他高級參數(shù)。在選擇合適的加工環(huán)境后，如果用戶需要創(chuàng)建個操作，可繼承加工環(huán)境中已定義的參數(shù)，不必在每次創(chuàng)建新的操作時，對系統(tǒng)的默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置。本節(jié)首先概述生成數(shù)控程序的一般步驟，然后對主要環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)致的介紹。1.3

打開模型調(diào)入工件。單擊【打開】按鈕，彈出【打開】對話框，如圖1-10所示。選擇書中光盤中的“\課堂練習(xí)\1\1-l.prt”文件，單擊【OK】按鈕。1.3

圖1-10【打開】對話框

初始化加工環(huán)境步驟01：初始化加工環(huán)境。選擇啟動按鈕下拉列表中的【加工】命令，系統(tǒng)打開【加工環(huán)境】對話框，如圖1-11所示。在【要創(chuàng)建的CAM設(shè)置】列表框中選擇mill-contour作為操作模板，單擊【確定】按鈕進(jìn)入加工環(huán)境。步驟02：設(shè)定工序?qū)Ш狡?。單擊【資源條選項】按鈕，選中【鎖住】選項，這樣就鎖定了導(dǎo)航器，在【導(dǎo)航器】工具條中單擊【幾何視圖】按鈕，則【工序?qū)Ш狡鳌咳鐖D1-12所示。1.3

圖1-11【加工環(huán)境】對話框

圖1-12【工序?qū)Ш狡鳌?/p>

初始化加工環(huán)境步驟03：設(shè)定坐標(biāo)系和安全高度。在【工序?qū)Ш狡鳌恐须p擊坐標(biāo)系MCS_MILL，打開【MCS銑削】對話框，如圖1-13所示。在【機(jī)床坐標(biāo)系】中選擇【指定MCS】選項，彈出CSYS對話框，在【類型】中選擇【對象的CSYS】，將加工坐標(biāo)系放于錐形方塊正中心，如圖1-14所示，確定后返回【MCS銑削】對話框。1.3

圖1-13加工坐標(biāo)系對話框

圖1-14設(shè)定加工坐標(biāo)系

初始化加工環(huán)境步驟04：在【安全設(shè)置】選項中的【安全設(shè)置選項】中選取【刨】選項，并選取【指定平面】中【平面對話框】，彈出【刨】對話框，如圖1-15所示。選擇默認(rèn)類型【按某一距離】，單擊零件頂面，并在【距離】文本框輸入20，即安全高度為Z20，單擊【確定】按鈕，完成設(shè)置。1.3

圖1-15【安全設(shè)置】選項

初始化加工環(huán)境步驟05：創(chuàng)建銑削幾何體。在【工序?qū)Ш狡鳌恐袉螕鬗CS_MILL前面的“+”號，展開坐標(biāo)系父節(jié)點，雙擊其下的WORKPIECE，打開【銑削幾何體】對話框，如圖1-16所示。單擊【指定部件】按鈕，打開【部件幾何體】對話框，在繪圖區(qū)選擇零件作為部件幾何體。步驟06：創(chuàng)建毛坯幾何體。單擊【確定】按鈕返回到【銑削幾何體】對話框，在對話框中單擊【指定毛坯】按鈕，打開【毛坯幾何體】對話框。選擇【類型】中的第3個圖標(biāo)【包容塊】按鈕，系統(tǒng)生成默認(rèn)毛坯，如圖1-17所示。單擊兩次【確定】按鈕，返回主界面。1.3

圖1-16【銑削幾何體】對話框

圖1-17【毛坯幾何體】對話框

創(chuàng)建粗加工操作步驟01：創(chuàng)建刀具。單擊【插入】工具條中的【創(chuàng)建刀具】按鈕，打開【創(chuàng)建刀具】對話框，默認(rèn)的【刀具子類型】為【銑刀】，在【名稱】文本框中輸入“D16”，如圖1-18所示。單擊【應(yīng)用】按鈕，打開【銑刀-5參數(shù)】對話框，在【直徑】文本框中輸入“16”，如圖1-19所示。1.3

圖1-18【創(chuàng)建刀具】對話框

圖1-19【刀具參數(shù)】對話框

創(chuàng)建粗加工操作步驟02：創(chuàng)建方法。單擊【插入】工具條中的【創(chuàng)建方法】按鈕，打開【創(chuàng)建方法】對話框，在【名稱】文本框中輸入“MILL-0.35”，如圖1-20所示。單擊【應(yīng)用】按鈕，打開【銑削方法】對話框，在【部件余量】文本框中輸入“0.35”，【公差】選項中設(shè)定【內(nèi)公差】和【外公差】均為“0.03”，如圖1-21所示。單擊【確定】按鈕，這樣就創(chuàng)建了一個余量為0.35mm的方法。1.3

圖1-20【創(chuàng)建方法】對話框

圖1-21【銑削方法】對話框

創(chuàng)建粗加工操作步驟03：創(chuàng)建型腔銑。單擊【插入】工具條中的【創(chuàng)建工序】按鈕，打開【創(chuàng)建工序】對話框，如圖1-22所示?！竟ば蜃宇愋汀緾AVITY-MILL，設(shè)置【幾何體】為WORKPIECE，選擇【刀具】為D16，選擇【方法】為MILL-0.35，名稱默認(rèn)為“CAVITY-MILL”，單擊【確定】按鈕，打開【型腔銑】參數(shù)設(shè)置對話框，如圖1-23所示。1.3

圖1-22【創(chuàng)建工序】對話框

圖1-23【型腔銑】對話框

創(chuàng)建粗加工操作步驟04：刀軌設(shè)定?！厩邢髂Ｊ健窟x擇【跟隨部件】，【步距】選擇【刀具平直百分比】，【平面直徑百分比】設(shè)定為“65”，【每刀的公共深度】設(shè)定為【恒定】，【最大距離】設(shè)定為“0.6mm”，如圖1-24所示。1.3

圖1-24【刀軌設(shè)置】選項卡

創(chuàng)建粗加工操作步驟05：設(shè)定切削策略和連接。單擊【切削參數(shù)】按鈕，打開【切削參數(shù)】對話框，在【策略】選項卡中設(shè)置【切削方向】為【順銑】，【切削順序】為【深度優(yōu)先】，如圖1-25所示。在【連接】選項卡中設(shè)置【開放刀路】為【變換切削方向】，如圖1-26所示。1.3

圖1-25【策略】選項卡

圖1-26【連接】選項卡

創(chuàng)建粗加工操作步驟06：設(shè)動切削余量。單擊【切削參數(shù)】按鈕，打開【余量】選項卡，取消選中【使底部余量于和側(cè)面余量一致】復(fù)選框，修改【部件側(cè)面余量】為0.35mm，【部件底面余量】為0.15mm?！緝?nèi)公差】和【外公差】均設(shè)為0.05，如圖1-27所示，單擊【確定】按鈕。1.3

圖1-27【余量】選項卡

創(chuàng)建粗加工操作步驟07：設(shè)定進(jìn)刀參數(shù)。單擊【非切削移動】按鈕，彈出【非切削移動】對話框，設(shè)定進(jìn)刀參數(shù)，如圖1-28所示。1.3

圖1-28【非切削移動】對話框

創(chuàng)建粗加工操作步驟08：設(shè)定進(jìn)給和速度。單擊【進(jìn)給和速度】按鈕，彈出【進(jìn)給率和速度】對話框，設(shè)定參數(shù)?！局鬏S速度】設(shè)定為“2200”，【進(jìn)給率】中的【切削】設(shè)定為“1000”，再單擊【主軸速度】后的【計算】圖標(biāo)，生成表面速度和進(jìn)給量，如圖1-29所示。單擊【確定】按鈕退出設(shè)定。1.3

圖1-29