机械机电类毕业设计论文《浅谈UG在数控编程中的应用》详解.docx

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机械机电类毕业设计论文《浅谈UG在数控编程中的应用》详解

摘要

本文对数控自动编程软件UG的基本知识进行了简单的概述，通过文字和图形对自动编程的方法、步骤进行了介绍。

对利用UG软件进行的点位加工、平面加工、固定轴轮廓加工，以及模具零件的数控编程方法步骤以图片的形式做了简单的阐述。

利用UGNX5.0软件画出加工零件的三视图，再对加工零件进行工艺分析，制作工艺参数表，使用UGNX5.0软件对零件进行建模，加工，经过后处理得到加工程序，从中找出传统手工编程与基于UGNX5.0的数控自动编程在方法步骤上的不同，以便在今后的工作中筛选使用正确的方法对零件进行编程加工。

本论文以NX5.0中文版为例，详细阐述UG加工模块的三轴铣削数控编程技术，并详细介绍了UG的数控编程流程、重点部分还会有实例加以说明。

关键词：

UGNX5.0自动编程；点位加工；平面加工；固定轴轮廓加工；模具零件

目录

绪论………………………………………………………………………………………1

一、NX5数控编程基础…………………………………………………………………2

（一）概述……………………………………………………………………………2

（二）编程流程………………………………………………………………………2

二、点位加工的数控编程………………………………………………………………4

（一）概述……………………………………………………………………………4

（二）点位加工操作的一般创建步骤………………………………………………4

（三）循环类型………………………………………………………………………5

三、平面加工的数控编程………………………………………………………………5

（一）概述……………………………………………………………………………5

（二）平面加工操作的一般创建步骤………………………………………………5

四、固定轴轮廓加工的数控编程………………………………………………………6

（一）概述……………………………………………………………………………6

（二）固定轴轮廓加工操作的一般创建步骤………………………………………6

五、模具零件的数控编程实例…………………………………………………………7

（一）初始参数设定…………………………………………………………………7

（二）创建刀具………………………………………………………………………8

（三）创建粗加工操作………………………………………………………………9

（四）创建半精加工操作…………………………………………………………11

（五）创建等高加工操作…………………………………………………………12

（六）创建固定轴轮廓加工操作…………………………………………………14

（七）创建清根加工操作…………………………………………………………16

（八）模拟刀轨及后处理…………………………………………………………17

结论………………………………………………………………………………………19

参考文献…………………………………………………………………………………21

致谢………………………………………………………………………………………22

浅谈UG在数控编程中的应用

绪论

UG（UnigraphicsNX）是UGS公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。

UnigraphicsNX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。

来自UGSPLM的NX使企业能够通过新一代数字化产品开放系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。

NX包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。

NX建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。

通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新，NX的成功已经得到了充分的证实。

这些目标使得NX通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具，把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中。

NX为那些培养创造性的产品技术革新的工业设计和风格提供了强有力的解决方案。

利用NX建模，工业设计师能够迅速地建立和改进复杂的产品形状，并且使用先进的渲染和可视化工具来最大限度地满足设计概念的审美要求。

在学习了《数控设备与编程》《金属切削加工方法与设备》《UGNX5中文版从入门到精通》《机械制造工艺与机床夹具》《数控机床》等课程后，为了将所学的知识应用于实际中，加深对知识的掌握程度，提升自身的实际工作能力，故选取《浅谈UG在数控编程中的应用》的题目，综合所学知识，解决出现的问题，完成论文。

本论文主要内容是UG的编程与后处理等，完成对零件的加工编程任务。

通过此次撰写，可以学习到很多基于加工和工艺方面的编程知识，为以后工作打下基础。

一、NX5数控编程基础

（一）概述

NX原名Unigraphics,简称UG,现在人们习惯称其为UG，是当今世界上最先进的高端CAD/CAID/CAM/CAE主流软件、功能集成最成功的软件之一，它的【加工】应用模块是目前世界上最高效、功能最强大的自动数控编程工具，广泛应用于航空、汽车、电子电器、日用消费品等行业，可以实现对极其复杂零件和特殊零件的数控加工。

NX5的【加工】应用模块提供数控钻铣、数控铣削、数控线切割、数控车削和高速加工的数控编程能力。

根据机床主轴是否可变，NX5的铣削应用提供了固定轴铣和可变轴铣两种数控编程。

NX5加工的几何对象可以是点、线、片体和实体，这些数据既可以是由本系统生成，也可以是由其他任何CAD系统生成而通过各种数据转换格式如Iges、Stpe、Parasolid导进本系统而得。

NX5对加工实体数据有很多优点。

本论文主要阐述铣削应用中的固定轴铣数控编程功能，适用于编写三轴联动数控加工的NC数控编程，如数控钻孔加工、三轴数控铣加工。

（二）编程流程

应用NX5进行数控编程时，可以归纳为以下8个步骤。

第一步：

加工零件的几何模型准备。

NX5数控编程的加工几何体对象，既可以是NX系统生成的，也可以是有任何其他CAD系统生成的。

第二步：

加工工艺路线的制定，在实际开始加工环境的初始化之前，编程员要确定加工工件的材料、刀具的材料与参数、加工机床特征、工件的装夹等因素，制定适合生产标准的加工工艺和加工路线图。

第三步：

加工环境的选择。

NX5为满足不同用户的需求提供了通用和专用的加工配置，选着不同的加工配置，将会决定能够使用什么样的模板来编写刀轨。

第四步：

父级组的创建及其参数的设定。

编程员可以在父级组中设置正确的机床坐标系和安全平面高度，以及工件余量、进给速率等公共参数，这些参数可以向下一级的组或操作传递，这样可以大大优化编程步骤，减少重复的任务，从而提高编程效率。

第五步：

加工操作的创建及参数的设定。

根据各个操作的用途，还有工件材料、刀具材料、机床运动特征等因素，选择合适的操作类型和切削方法，确定合理的切削深度、刀具进退刀移动、刀具转速和进给率等切削参数。

第六步：

刀轨的产生与校核。

由于数控加工设备价格昂贵、工件材料和刀具材料的成本相当高，为了避免因出错而带来的严重后果，通常在刀轨后处理成为NC程序前，都要对刀轨进行虚拟切削和过切检查。

第七步：

刀轨的后处理。

刀轨是由一系列的刀具定位点数据和机床命令组成，俗称内部刀具路径，机床无法直接读取刀轨数据并执行加工，因此，需要应用特定的后处理器，把刀轨翻译成为NC指令后，才能被机床和控制系统识别。

第八步：

加工工艺卡的制作。

现代加工对岗位分工越来越细，一般的，数控编程和操作机床不是由同一个人来完成的，为有效进行沟通和通信，需要编写数控加工工艺卡。

这个环节既可以有编程员手工制作，也可以由系统自动完成。

二、点位加工的数控编程

（一）概述

在NX5CAM中，点位加工包括钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、点焊等加工操作，使用“Drill”加工模板，可以编写这些加工的数控程序。

点位加工既用于孔的粗加工，也可用于精加工。

（二）点位加工操作的一般创建步骤

一般地，创建点位加工时都遵循以下步骤。

步骤1：

模型准备。

工件几何体模型可以由NX系统生成，也可以是任何其他系统生成的几何数据，几何体的数据类型可以是点、圆弧或实体模型中的孔。

步骤2：

初始化加工环境。

一般地，指定【CAM会画配置】为“cam-general”、【CAM设置】为“Drill”。

步骤3：

编辑和创建父级组。

包括程序组、刀具、几何体组、加工方法组，在默认情况下，系统已生成各个父级组，用户可以根据实际情况决定是否需要创建新的父级组，但无论如何，用户都应生成刀具、指定机床坐标系和安全平面。

步骤4：

创建点位加工操作。

指定合适的加工模板、子操作和父级组，输入操作名字。

步骤5：

指定循环类型及参数。

根据不同的循环类型设置合理参数。

步骤6：

指定点位加工几何体。

使用各种方法指定点位，确认是否需要优化点位钻削顺序、设置避让移动和指定部件表面或者钻孔底面。

步骤7：

设置主轴转速和进给。

或者直接设置主轴转速和进给，或者调用库的参数。

步骤8：

指定刀具号及补偿寄存器。

如果没有应用自动换刀功能，此步骤可以省略。

步骤9：

编辑刀轨的显示。

步骤10：

刀轨的生成与确认。

（三）循环类型

在点位加工操作的对话框中，系统提供了14种循环类型，这些循环类型可以分为3类：

无循环、GOTO循环和CYCLE循环。

三、平面加工的数控编程

（一）概述

通常，平面加工操作仅适合于加工平面类工件，既适合于面法向与刀轴平行的那些工件平面，不管给的侧壁。

如果工件侧壁是曲面或者是斜面，一般不适合用平面加工操作。

平面加工操作中，切除的材料量等于毛坯边界所定义的材料量减去部件边界所定义的材料量，如图4-1所示。

如果没有毛坯边界就用部件边界定义材料量。

平面加工操作产生的刀轨以层状方式切除这些材料，即是，每一层的刀轨（切削层）都是位于垂直于刀轴的平面内，从上到下，完成一个切削层后再进入下一个切削层切削，直至到达最大深度处。

所以，平面加工的实质就是两轴半加工。

平面加工操作既可用于粗加工，也可以用为半精加工和精加工。

一般的，【平面铣】操作更适合于进行复杂平面类零件的粗加工，而【面铣削】就比较适合于底平面的半精加工和精加工。

（二）平面加工操作的一般创建步骤

（1）在操作导航工具中创建程序、刀具、几何、加工方法节点；

（2）在创建操作对话框中指定操作类型为millplanar；

（3）在创建操作对话框中指定操作子类型为planar-Mill；

（4）在创建操作对话框中指定程序、刀具、几何、加工方法节点；

（5）在创建操作对话框中指定操作名称；

（6）单击创建操作对话框中的应用按钮进入平面铣操作对话框；

（7）如果未在共享数据中定义的几何，在平面铣操作对话框定义；

（8）定义平面铣操作对话框中的参数；

（9）单击平面铣操作对话框中的生成按钮生成刀轨。

四、固定轴轮廓加工的数控编程

（一）概述

固定轴轮廓加工中，先由驱动几何体产生驱动点，并按投影方向投影到部件几何体上，得到投影点，刀具在该点处与部件几何体接触，故又称为接触点，然后系统根据接触点位置的表面曲率半径、刀具半径等因素，计算得到刀具定位点。

最后，当刀具在部件几何体表面从一个接触点移动到下一个接触点，如此重复，就形成了刀轨，这就是固定轴轮廓加工刀轨产生的原理。

根据固定轴轮廓加工刀轨的产生原理，固定轴轮廓加工的刀轨很大程度上取决于由驱动几何体产生的驱动点和投影方式，用户应该根据工件的特点和工艺要求，选择合理的驱动方法。

固定轴轮廓加工时，刀具始终接触工件表面，因此，固定轴轮廓加工操作仅适合于半精加工和精加工。

（二）固定轴轮廓加工操作的一般创建步骤

创建固定轴轮廓加工操作的一般步骤如下：

步骤1：

准备模型。

工件几何体模型可以由，NX系统生成，也可以是任何其他系统生成的几何数据，几何体的类型可以是任意曲线、片体、实体模型和小平面几何体。

步骤2：

初始化加工环境。

指定【CAM会话配置】为“cam-general”、【CAM设置】为“mill-contour”。

步骤3：

编辑和创建父级组。

包括程序组、刀具、几何体组、加工方法组，在默认情况下，系统已生成各个父级组，用户应该根据实际情况决定是否需要创建新的父级组，但无论如何，用户都应该生成刀具、指定机床坐标系和安全平面。

步骤4：

创建固定轴轮廓加工操作。

指定合适的加工模板、子操作和父级组，输入操作名字。

步骤5：

指定各种几何体。

实体加工有自动防过切作用，所以尽可能的选择实体进行加工。

步骤6：

指定驱动方法及其相应参数。

根据工件的形状和加工工艺要求，选择合适的驱动方法，并指定驱动几何体、刀具位置、切削步距等参数。

步骤7：

设置切削移动参数。

根据加工工艺要求，设置合理的切削参数。

步骤8：

设置非切削移动参数。

根据加工工艺要求，设置合理的进刀、退刀和横越移动等非切削参数。

步骤9：

设置主轴转速和进给。

或者是直接设置主轴转速和进给，或者是调用库德参数。

步骤10：

指定刀具号及补偿寄存器。

步骤11：

编辑刀轨的显示。

步骤12：

生成和确认刀轨。

五、模具零件的数控编程实例

（一）初始参数设定

1.进入加工模块，初始化加工环境，选择“millcontour”进入加工环境。

2.选择“加工导航器”中的“几何视图”在左侧“操作导航器”栏选择坐标系设置“MCS_MILL”，指定坐标系原点为工件正中央，在间隙设置里指定安全平面，选择工件上表面，设定偏置为15。

3.选择“WORKPIECE”打开，指定部件为加工几何体，指定毛坯为毛坯几何体，指定材料为CARBONSTEEL，单击显示图标。

（二）创建刀具

在插入工具条中点创建刀具按钮

，在刀具类型中选择第一个立铣刀图标

，输入刀具名称“D20”，在铣刀参数中选择“5-参数”，直径设置为20mm，长度设置为166mm，刀刃长度设置为100mm，刀刃数为2，刀具号设置为1。

如图5-1、图5-2、图5-3所示：

图5-3机床视图

图5-1铣刀参数

图5-2刀具号

同理，创建其余刀具：

分别是D10、D10R0.5、D10R5。

D10刀具参数：

直径10mm，长度150mm，刀刃长度100mm，刀刃数3，刀具号为2

D10R0.5刀具参数：

直径10mm，长度125mm，刀刃长度55mm，刀刃数2，刀具号为3

D10R5刀具参数：

直径10mm，长度130mm，刀刃长度11mm，刀刃数2，刀具号为4

（三）创建粗加工操作

在加工导航器中切换到“加工方法视图”，在操作导航器中选择MILL_ROUGH,右键弹出菜单，选择插入→操作，在类型中选择millcontour，在操作子类型中选择第一个型腔铣CAVITY_MILL，程序设置PROGRAM，刀具设置D20，几何体设置WORKPIECE，方法MILL_ROUGH，确定进入型腔铣对话框。

在刀轨设置里切削模式选择“跟随周边”，步距恒定，距离为5mm，全局每刀深度3mm。

如图5-4、图5-5，表5-1所示：

图5-5刀轨设置

图5-5刀轨设置

图5-4〖创建操作〗对话框

表5-1编程基本参数表

参数

参数值

参数

参数值

刀具材料

硬质合金

进给速度

200

刀具类型

端面铣刀

主轴转速

800

刀具刃数

2

公差

0.03

刀具直径

20

切削步距

5

刀具半径

10

切削深度

3

圆角半径

/

加工余量

侧壁

1

快进速度

5000

底面

0

打开“切削参数”按钮，在“策略”选项卡里选择“切削方向”为顺铣，“切削顺序”为深度优先，“图样方向”向内；在“余量”选项卡里设置部件侧面余量1mm，部件底部面余量0,内外公差为0.03mm，其余参数默认设置。

如图5-6、图5-7所示：

图5-7余量

图5-6切削参数

打开“非切削移动”按钮，在进刀选项卡封闭区域中设置进刀类型为螺旋，直径为刀具直径的90%，倾斜角度15°。

在传递/快速选项卡中设置安全设置为平面，指定平面为工件上表面偏置15mm传递类型为间隙。

其余设置为默认。

如图5-8、图5-9所示：

图5-9传递/快速选项卡

图5-8进刀选项卡

在进给和速度选项里，设置主轴转速为800，切削为200，其余参数如图5-10所示：

点击生成按钮，生成刀轨，如图5-11所示：

图5-10进给和速度

图5-11刀轨

（四）创建半精加工操作

在加工导航器中切换到“加工方法视图”，在操作导航器中选择MILL_SEMI_FINISH,右键弹出菜单，选择插入→操作，在类型中选择mill_contour，在操作子类型中选择第一个型腔铣CAVITY_MILL，程序设置PROGRAM，刀具设置D10，几何体设置WORKPIECE，方法MILL_SEMI_FINISH，确定进入型腔铣对话框。

在刀轨设置里切削模式选择“配置文件”，步距为刀具直径的50%，全局每刀深度1mm，如图5-12所示：

图5-12操作导航器

打开“切削参数”按钮，在“策略”选项卡里选择“切削方向”为顺铣，“切削顺序”为层优先；在“余量”选项卡里设置部件侧面余量0.25mm，部件底部面余量0.25,内外公差为0.03mm；在“连接”选项卡中设置区域排序为优化，勾选区域连接，“开放刀路”为保持切削方向；其余参数默认设置。

打开“非切削移动”按钮，在进刀选项卡封闭区域中设置进刀类型为螺旋，直径为刀具直径的90%，倾斜角度15°；在开放区域中设置进刀类型为线性，长度为50%。

在传递/快速选项卡中设置安全设置为平面，指定平面为工件上表面偏置15mm传递类型为间隙。

其余设置为默认设置。

在进给和速度选项里，设置主轴转速为1590，切削为300。

点击生成按钮，生成刀轨，如图5-13、图5-14，表5-2所示：

表5-2编程基本参数表

参数

参数值

参数

参数值

刀具材料

硬质合金

进给速度

300

刀具类型

端面铣刀

主轴转速

1590

刀具刃数

2

公差

0.03

刀具直径

10

切削步距

刀具直径50%

刀具半径

5

切削深度

3

圆角半径

/

加工余量

侧壁

0.25

快进速度

5000

底面

0.25

（五）创建等高加工操作

在加工导航器中切换到“加工方法视图”，在操作导航器中选择MILL_SEMI_FINISH,右键弹出菜单，选择插入→操作，在类型中选择mill_contour，在操作子类型中选择ZLEVEL_PROFILE，程序设置PROGRAM，刀具设置D10R0.5，方法MILL_SEMI_FINISH，确定进入等高铣对话框。

图5-14刀轨

图5-13切削参数

在几何体里指定检查为高度为50mm的平面，切削选择要加工的区域；刀轨设置里“陡峭空间范围”选择无，最小切削深度0.2mm，全局每刀深度0.3mm。

如图5-15、图5-16所示：

图5-16刀轨设置

图5-15几何体检查

打开“切削参数”按钮，在“策略”选项卡里选择“切削方向”为顺铣，“切削顺序”为深度优先；在“余量”选项卡里设置部件侧面余量0，部件底部面余量0.1,内外公差为0.03mm；在“连接”选项卡中设置层到层位直接对部件下刀，其余参数默认设置。

打开“非切削移动”按钮，在进刀选项卡封闭区域中设置进刀类型为螺旋，直径为刀具直径的70%，倾斜角度15°；在开放区域中设置进刀类型为线性，长度为50%。

在传递/快速选项卡中设置安全设置为平面，指定平面为工件上表面偏置15mm传递类型为间隙。

其余设置为默认设置。

在进给和速度选项里，设置主轴转速为1590，切削为300。

点击生成按钮，生成刀轨。

如表5-3所示：

表5-3编程基本参数表

参数

参数值

参数

参数值

刀具材料

硬质合金

进给速度

300

刀具类型

圆鼻铣刀

主轴转速

1590

刀具刃数

2

公差

0.03

刀具直径

10

最小深度

0.2

刀具半径

5

切削深度

0.3

圆角半径

0.5

加工余量

侧壁

0

快进速度

5000

底面

0.1

（六）创建固定轴轮廓加工操作

在加工导航器中切换到“加工方法视图”，在操作导航器中选择MILL_FINISH,右键弹出菜单，选择插入→操作，在类型中选择mill_contour，在操作子类型中选择CONTOUR_ARAR，程序设置PROGRAM，刀具设置D10R5，方法MILL_FINISH，确定进入固定轴轮廓铣对话框。

在驱动方法里选择区域铣削，编辑进入，设置切削模式为跟随周边，图样方式向内，切削方向为顺铣，步距为残余高度0.01mm，步距应用在部件上。

打开“切削参数”按钮，在“策略”选项卡里选择“切削方向”为顺铣，图样方向向内；在“余量”选项卡里设置部件侧面余量0，部件底部面余量0,内外公差为0.01mm；在“安全设置”选项卡中设置过切时退刀，检查安全距离3mm，在“更多”选项卡中设置最大步长为30%刀具直径，其余参数默认设置。

打开“非切削移动”按钮，在“进刀”选项卡开放区域中设置进刀类型为“圆弧-与刀轴平行，半径为刀具直径的50%，圆弧角度90°；在”根据部件/检查”中设置进刀类型为线性，长度为刀具直径80%，旋转角度180°，倾斜角度为45°。

在传递/快速选项卡中设置区域距离为刀具直径200%，安全设置为平面，指定平面为工件上表面偏置15mm传递类型为间隙。

其余设置为默认设置。

在进给和速度选项里，设置主轴转速为2230，切削为400。

点击生成按钮，生成刀轨，如图5-17、图5-18，表5-4所示：

图5-17驱动方法

图5-18刀轨

表5-4编程基本参数表

参数

参数值

参数

参数值

刀具材料

硬质合金

进给速度

400

刀具类型

球头铣刀

主轴转速

2230

刀具刃数

2

公差

0.01

刀具直径

10

步距

残余高度0.01

刀具半径

5

切削深度

0.1

圆角半径

5

加工余量

侧壁

0

快进速度

5000

底面

0

（七）创建清根加工操作

在加工导航器中切换到“加工方法视图”，在操作导航器中选择MILL_FINISH,右键弹出菜单，选择插入→操作，在类型中选择mill_contour，在操作子类型中选择FLOWCUT_SINGLE，程序设置PROGRAM，刀具设置D10R5和D10，方法MILL_FINISH，确定进入清根对话框。

在“驱动设置”里切削模式为“往复”。

打开“切削参数”按钮，在“余量”选项卡里设置部件侧面余量0，部件底部面余量0,内外公差为0.01mm；在“安全设置”选项卡中设置过切时退刀，检查安全距离3mm，在“更多”选项卡中设置最大步长为30%刀具直径，其余参数默认设置。

打开“非切削移动”按钮，在“进刀”选项卡开放区域中设置进刀类型为“圆弧-与刀轴平行，半径为刀具直径的50%，圆弧角度90°；在”根据部件/检查”中设置进刀类型为线性，长度为刀具直径80%，旋转角度180°，倾斜角度为45°。

在进给和速度选项里，设置主轴转速为2230，