平面铣和面铣实例.docx
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平面铣和面铣实例
第3章平面加工和面铣
学习提示：
平面铣加工模块是UGNX6.0加工最基本的操作，主要用于平面区域的粗、精加工。
本章主要介绍平面铣和面铣的加工特点、加工的适用范围，一般平面铣和面铣的创建过程、平面铣加工几何体的类型和创建、公用选项参数的基本设置，包括切削模式、切削步进、切削参数、非切削参数、进给和速度等。
然后通过实例来说明平面铣和面铣的运用。
技能目标：
了解平面铣和面铣的基本知识，通过对实例的学习，初步掌握平面铣和面铣创建的方法和技巧。
3.1平面铣加工的概述
平面铣是UGNX6.0加工最基本的操作，这种操作创建的刀位轨迹是基于平面曲进行偏移而得到的。
所以平面铣实际上就是基于曲线的二维刀轨。
UGNX6.0的平面铣可设定每段曲线与刀具，可保留材料侧的位置关系，提供8种切削方式、5种定义切削深度的方法。
平面铣操作创建了可去除平面层中的材料量的刀轨，这种操作类型最常用于粗加工，为精加工操作做准备；也可以用于精加工零件的表面及垂直于底平面的侧面，平面铣可以不需要做出完整的造型而只依据2D图形直接进行刀具路径的生成。
平面铣是UGNX6.0提供的2.5轴加工的操作，通过定义的边界在XY平面创建刀位轨迹。
平面铣用来加工侧面与底面垂直的平面零件，此类零件的侧面与底面垂直，可以有岛屿或型腔，但岛屿面和型腔底面必须是平面。
如台阶平面、底平面、轮廓外形、型芯和型腔的基准平面等。
图3-1平面铣的工件示例
3.2平面铣参数的基本设置
【平面铣】PLANAR_MILL操作的主界面如图3-2所示，下面介绍平面铣选项中几何体、指定部件边界、指定毛坯边界、指定检查边界、指定修剪边界、指定底面等概念并重点讲解边界和切削深度的设定。
图3-2【平面铣】PLANAR_MILL对话框
3.2.1平面铣选项设置
1.几何体
创建几何体主要是在零件上定义要加工的几何对象和指定零件在机床上的加工位置。
创建几何体包括定义加工坐标系、工件、铣削几何和切削区域等。
一般情况下，创建几何体在工件创建操作前设置好，在“几何体”下拉列表中选择已经创建好的几何体就可以了，也可以单击新建几何体
或单击编辑几何体
。
2.指定部件边界
部件边界指被加工零件的加工位置，可以通过选择面、曲线和点来定义部件边界。
面是作为一个封闭的边界来定义的，其材料侧为内部保留或外部保留。
曲
线和点来定义部件边界时，边界可以是开放的，也可以是封闭的。
当边界开放时，材料侧为左侧保留或右侧保留，当边界为封闭时，材料侧为内部保留或外部保留。
3.指定毛坯边界
毛坯边界用于定义切削的材料的范围，控制刀轨的加工范围。
定义方式与部件边界相似，但边界只能是封闭的。
通常情况下可不定义。
4.指定检查边界
检查边界用于定义刀具需要避让的位置，比如压铁、虎钳等，定义方式与部件边界相似，边界必须是封闭的。
如果工件安装时没有夹具，检查边界可以不定义。
5.指定修剪边界
修剪边界用于修剪刀位轨迹，去除修剪边界内侧或外侧的刀轨，必须是封闭边界。
修剪边界和部件边界一同使用时，可以进一步的控制加工刀轨的范围。
修剪边界可以不定义。
6.指定底面
底面用于定义最深的切削面，只用于平面铣操作，而且必须被定义，如果没有定义底面，平面铣将几法计算切削深度。
3.2.2边界的设置
边界是平面铣的重要参数，平面铣的边界定义有4种模式，分别是曲线\边、面、点、永久边界。
这4种模式的定义对话框如图3-3至图3-6所示，下面具体讲解。
◆类型
边界可以是封闭的，也可以是开放的。
◆平面
所有边界都是二维的，在同一平面上，而创建边界的曲线、边、点等可以在不同平面，此时就需要定义投影平面。
投影平面有“自动”和“用户定义”两种方式，当选择“自动”时，系统将使用前面选择的曲线或点来建立平面，当选择“用户定义”时，系统将调用平面构造器定义投影平面。
图3-3“曲线∕边”方式定义边界图3-4“面”方式定义边界
图3-5“点”方式定义边界图3-6“边界”方式定义边界
◆材料侧
定义材料的保留侧,当边界封闭时可定义为内或外,当边界开放时可定义为左或右。
◆刀具位置
定义刀具与边界的位置关系。
有“相切”和“对中”两种方式。
当设定为“相切”时，刀具与边界相切，边界显示单边箭头，当设定为“对中”时，刀具中心与边界重合，边界显示双边箭头。
◆凸边和凹边
在用“面”模式定义边界时，系统将面的边界分为“凸边”和“凹边”，并要求设定边界与刀具的位置关系。
凸边和凹边的概念如图3-7所示。
图3-7凸边和凹边示意图
◆临时边界和永久边界
在以“永久边界”模式定义平面铣边界时，只能选择已定义好的永久边界，其他3种模式定义的是临时边界，永久边界的命令在加工环境下是菜单栏中的“工具”下的“边界”。
比较两种边界，永久边界可重复使用，而临时边界更便于编辑，一般情况且下使用的是临时边界。
3.2.3切削深度
平面铣操作中，切削深度指的是相邻两个切削层之间的距离。
切削区域指的是数个连续切削层连接成的一段距离范围，在此范围内可有一个或多个切削层。
切削深度与切削区域的示意如图3-8所示。
图3-8切削深度与切削区域的示意图
平面铣操作定义切削深度有5种方式，分别是“用户定义”“仅仅底面”“底面和岛的顶面”“岛顶部的层”“固定深度”如图3-9所示。
不同的切削深度方式可实现对多种形式的切削层数和切削范围的控制。
下面对5种切削深度定义方式分别进行介绍。
图3-9切削深度参数
◆用户定义：
用户自定义切削深度，对话框下部的所有参数选项均被激活，可在对应
的文本框中输入数值。
除初始层和最终层外，其余各层在最大和最小切削深度之间取值。
◆仅底部面：
只在底面创建一个切削层。
◆底部面和岛的顶面：
在底部面和岛的顶面创建切削层，岛屿顶的切削层不会超出定
义的岛屿边界。
◆岛顶部的层：
切削层的位置在岛屿的顶面和底平面上，刀具在整个毛坯断面内切削。
◆固定深度：
只设定一个最大深度值，除最后一层可能小于最大深度值外，其余层都
等于最大深度值。
3．3面铣加工概述
面铣是平面铣的特例，可直接选择表面来指定要加工的表面几何，也可通过选择存在曲线、边缘或制定一系列有序点来定义表面几何。
面铣基于平面的边界，在选择了工件几何体的情况下，可以自动防止过切。
常用于多个平面底面的精加工，也可用于平面底面粗加工和侧壁的精加工。
所加工的工件侧壁可以是不垂直的，如复杂型芯和型腔上的多个平面的精加工。
平面铣和面铣的区别如下：
（1）切削深度定义的不同，平面铣是通过边界和底面的高度差来定义的，面铣是参照定义平面的相对深度，只要设定相对值即可。
（2）毛坯体和检查体选择的不同，平面铣选择只能是边界，面铣选择可以是边界、实体、和片体。
（3）底面的定义不同，平面铣必须要定义底面，而面铣不用定义底面，因为选择的平面就是底面。
面铣常用于多个平面底面的精加工，也可用于粗加工和侧壁的精加工。
所加工的工件侧壁可以是不垂直的，如各种型芯和型腔上多个平面的精加工。
图3－10面铣的工件示例
3.3.1面铣参数的基本设置
【面铣】FACE_MILLING操作的主界面如图3-11所示，下面介绍平面铣选项中几何体、指定部件边界、指定毛坯边界、指定检查边界、指定修剪边界、指定底面等概念并重点讲
解边界和切削深度的设定。
图3－11【面铣】FACE_MILLING对话框
工程提示:
UGNX6.0汉化版【面铣】FACE_MILLING对话框标题栏也称为【平面铣】。
【面铣】不用定义底面，其他的主要参数设置和【平面铣】基本相同，但选择形式和作用略有不同。
下面简单介绍，读者可通过后面的实例加深理解。
1．几何体：
定义方式与平面铣相同。
2．指定部件
：
选择需要加工部件。
3．指定面边界
：
面边界的定义有面边界、曲线边界、点边界等3种模式，如图3-12所示。
面铣都是封闭边界。
当使用曲线边界和点边界时，需要定义投影平面的具体操作与平面铣边界相同。
图3－12【指定面边界】对话框
4．指定检查体
：
定义方式与平面铣相同。
可以不被定义。
5．指定检查边界
：
与【指定面边界】的定义基本相同。
可以不被定义。
3.3.2切削深度
面铣操作切削深度的定义方式是通过【毛坯距离】和【每刀深度】两个参数值来定义的。
即通过【每刀深度】来平分【毛坯距离】得到应该切削的层数，如图3-12所示。
如果【每刀深度】设定为0，则切削的层数为1层，不管【毛坯距离】是多少，都会一次切除到最终底面余量值。
图3－12【面铣】切削深度设定
3.3工程案例精解──平面铣实例
工程案例导入：
工件简图：
如图3-13所示。
加工方法：
依据零件型面特征，综合采用平面铣加工操作。
项目要求：
针对图3-13所示的零件类型，进行平面铣粗加工、槽底面精加工、槽侧面精加工。
图3-13零件的模型
3.3.1实例分析
本例是一个比较典型的平面加工零件。
主要包括平面铣、轮廓精加工和表面精加工。
本例主要目的是通过零件加工的过程，让读者逐步熟悉平面铣和面铣的基本思路和步骤。
零件材料是45#钢，加工思路是先通过平面铣进行粗加工，侧面留0.35mm加工余量，底面留0.15mm的余量。
再用面铣精加工底面，最后用平面铣精加工侧壁，加工工艺方案制定如表3-1所示。
表3-1平面铣的加工工艺方案
工序号
加工内容
加工方式
留余量部件/底面
机床
刀具
夹具
10
下料100×50×25
铣削
0.5
铣床
铣刀φ32
机夹虎钳
20
铣六面体100×50×25，保证尺寸误差0.3以内，两面平行度小于0.05
铣削
0
铣床
铣刀φ32/φ16
机夹虎钳
30
将工件安装到机夹台虎钳上，夹紧工件两侧面。
数控铣床
机夹虎钳
30.01
凹槽的开粗
平面铣
0.35/0.15
平铣刀φ8
30.02
槽底平面的精加工
面铣
0
平铣刀φ8
30.03
槽侧平面的精加工
平面铣
0
平铣刀φ8
5．1.1实例分析
1．实例整体分析
本例零件的底面与侧面垂直，主要有7个槽，槽的深度都是一致的。
零件的长为300mm，宽为200mm，高为36mm，槽的深度为6mm。
零件材料为45钢。
2．加工工艺分析
由于45钢的加工性能一般，可选用白钢刀或者硬质合金刀，建议选用硬质合金刀。
本例零件的精度要求较高，所以除了对编程技术员要求较高外，在加Ti]寸，对机床操作员的工件装夹和对刀要求也很高。
本例的零件中间有两个封闭的槽，每个槽都有一条比较窄的槽，如果选用直径比较小的刀具，则加工时间比较长。
因此，该零件先进行粗加工，再精加工，中间不需要安排半精加工。
建议先选用直径比较大的刀具粗加工，再用直径比较小的刀具清角和精加工。
加工原点设置在工件的顶平面的中心，即。
Y、r的坐标原点位置为（150、100、36）。
毛坯应该在数控机床上加工前做好，比如4个侧面需要加工，上下表面需要加工，特别是上表面。
有时可能还需要为上平面磨床磨上表面。
生成刀轨所使用的加工步骤如图是所示。
具体的加工工艺方案如表5—1所示。
表5-1加工工艺方案
5.1.2零件的粗加工
1.打开文件进入加工模块
（1）单击【文件】→【打开】命令，选择随书光盘中material\ch05\5_1.prt文件打开，如图5-1所示，或者单击
图标打开文件。
注意：
UGNX文件的存放必须为英文路径。
图5-1零件结构图
（2）在NX“标准”工具条中单击【开始】→【加工】命令，进入“加工环境”对话框。
2.初始化加工环境
（1）在“加工环境”对话框中“要创建的CAM设置”列表内选择“mill_planar”，如图5-2所示。
（2）单击【确定】按钮进入加工环境。
图5-2“加工环境”对话框
注意：
如果该文件以前进入过加工模块，再次进入加工模块时系统则不会弹出“加工环境”对话框。
3.设定加工坐标系
（1）在“导航器”工具条中单击【几何视图】
按钮，“操作导航器”切换到创建几何视窗，单击左上角【锁定】按钮
，使它变为
，这样便锁定了导航器，如图5-3所示。
图5-3“操作导航器—创建几何”视窗
（2）在“操作导航器”窗口中选择“MCS_Mill”，单击鼠标右键并执行【编辑】命令，进入“Mill_Orient”对话框，如图5-4所示。
图5-4“Mill_Orient”对话框
（3）指定加工坐标系（MCS），单击“Mill_Orient”对话框机床坐标系栏中【自动判断】按钮
，单击选中模型上表面，如图5-5所示，系统将自动判断，将MCS坐标原点放置于模型上表面中心处，单击【确定】按钮完成加工坐标系设置。
提示：
在定义加工坐标系的坐标原点时，应根据工件加工现场的实际情况并从方便对刀的角度考虑设置。
图5-5指定加工坐标系（MCS）
4.创建刀具
（1）选择“导航器”工具条中的【机床视图】命令按钮
，“操作导航器”切换到机床视窗。
（2）在“插入”工具条中选择【创建刀具】命令按钮
，弹出如图5-6所示的“创建刀具”对话框。
选择
图标创建铣削刀具，在“名称”文本框中输入“D15”，单击【应用】按钮弹出如图5-7所示的“铣刀-5参数”对话框。
图5-6“创建刀具”对话框
图5-7“铣刀-5参数”对话框
（3）设置刀具的参数，按照如图5-7所示进行设置。
Ø设置“直径”为“15”。
Ø其他参数按照缺省值设定。
设置刀具参数后，单击【确定】按钮，则一把立铣刀就创建好了。
（4）创建φ8立铣刀，方法同上。
Ø刀具名称为D8。
Ø刀具的直径为8。
工程提示：
如何选用合适的刀具，首先要对零件最小边界处进行测量，然后确定刀具的大小，如图3－24所示。
图3－24测量距离
提示：
需要用到多把刀具时，一般都应统一创建。
刀具的某些参数不会影响到刀具路径，这些参数都可以采用默认值，如果工件在数控铣床上加工，就没必要设置刀具号和调整记录器；如果是在具有自动换刀功能的加工中心上加工，刀具号和调整记录器一般都要设置。
5.创建几何体
（1）单击“导航器”工具条【几何视图】命令，使得“操作导航器”切换到“几何”视窗。
（2）在操作导航器中单击
前的“+”号，展开坐标系父节点，双击其下的WORKPIECE，打开“铣削几何体”对话框如图5-8所示。
单击指定部件几何体按钮
，打开“部件几何体”对话框，在绘图区域选择实体模型作为部件几何体，单击【确定】按钮。
图5-8“铣削几何体”对话框
（3）创建毛坯几何体，在图5-8所示对话框中单击指定毛坯几何体按钮
，打开“毛坯几何体”对话框，选择“自动块”单选钮，如图5-9所示，单击两次【确定】按钮，返回主界面。
图5-9“毛坯几何体”对话框
提示：
此步骤定义的部件几何体和毛坯几何体有两个作用：
一是作为面铣的几何体父节点，防止过切；二是用于刀位轨迹的实体模拟。
6.创建边界
（1）在工具条中执行【工具】→【边界】，进入“边界管理器”对话框，如图5-10所示。
单击【创建】按钮，进入“创建边界B1”对话框，如图5-11所示。
单击【BoundaryPlane-XC-YC】按钮，进入“平面”对话框，如图5-12所示。
图5-10“边界管理器”对话框
图5-11“创建边界B1”对话框
图5-12“平面”对话框
（2）单击图5-12所示对话框中“对象平面”图标
后进入“对象平面”对话框，选择零件模型的上表面如图5-13所示；系统返回到“创建边界B1”对话框；然后顺次选取模型下表面的4条边缘，如图5-14所示。
连续两次单击“创建边界B1”对话框上的【确定】按钮，则边界创建完成如图5-15所示。
系统返回到“边界管理器”对话框，单击【取消】按钮完成创建。
图5-13选择零件模型的上表面
图5-14顺次选取模型下表面的4条边缘
图5-15边界创建完成
7.创建平面铣操作
（1）选择“导航器”工具条的【程序顺序视图】命令，“操作导航器”切换到“程序顺序”视窗。
（2）在“插入”工具条中选择【创建操作】命令按钮
，弹出如图5-16所示的“创建操作”对话框，按图5-16所示设置以下各项。
Ø在“类型”下拉列表中选择“mill_planar”。
Ø操作子类型选项为“PLANAR_MILL”，即图标为
按钮。
Ø在“程序”下拉列表中选择“PROGRAM”。
Ø在“几何体”下拉列表中选择“WORKPIECE”。
Ø在“刀具”下拉列表中选择“D15”。
Ø在“方法”下拉列表中选择粗加工“MILL_ROUGH”。
Ø在“名称”文本框中输入“P_M_D15”。
设置完成后单击【确定】按钮，系统弹出“平面铣”对话框，如图5-17所示。
图5-16“创建操作”对话框
8.选取几何体
（1）选取部件几何体。
在“平面铣”对话框中单击【选取或编辑部件边界】命令按钮
，系统弹出“边界几何体”对话框，设定加工边界几何体，指定将表示完成的“部件”的几何体，如图5-18所示。
在“模式”下拉列表中选择“面”，按图5-19所示选择模型表面确定部件几何，注意不要选到侧面，单击【确定】按钮系统返回“平面铣”对话框。
图5-18“边界几何体”对话框
图5-18选择表面
（2）选取毛坯几何体
单击“平面铣”对话框中的【选取或编辑毛坯边界】命令按钮
，系统弹出“边界几何体”对话框，设定毛坯边界几何体。
在“模式”下拉列表中选择“边界”，按图5-19所示选取步骤6创建的边界，单击【确定】按钮系统返回“平面铣”对话框。
图5-19选取毛坯几何体
提示：
毛坯选项允许您指定将表示要切削掉的原材料的几何体。
毛坯边界不表示最终部件，但可以对毛坯边界直接进行切削或进刀。
部件选项使您可以指定将表示完成的“部件”的几何体。
“毛坯”边界定义“毛坯”体积，多个“部件”边界定义“部件”体积。
切削体积（要去除的材料）由“毛坯”体积减去“部件”体积来定义。
（3）指定底面
在“平面铣”对话框中单击【选取或编辑底平面几何体】命令按钮
，系统弹出“平面构造器”对话框，设定底平面几何体，如图5-20所示。
单击X-Y平面按钮
后按图5-21所示选择模型上最低的一个表面，单击【确定】按钮系统返回“平面铣”对话框。
图5-20“平面构造器”对话框
图5-21指定底面
提示：
底面定义最低（最后的）切削层。
所有切削层都与“底面”平行生成。
每个操作只能定义一个“底面”。
重新定义“底面”将自动替换现有“底面”。
刀具必须能够到达“底面”，并且不会过切部件。
如果“底面”定义的切削层无法到达，则会显示一条错误信息。
9.设定加工参数
（1）选取切削模式。
如图5-22所示，在“平面铣”对话框“刀轨设置”栏内单击“切削模式”下拉列表，设定切削模式为“
”。
图5-22选取切削模式
工程提示：
粗加工时为提高加工效率，步距一般选择“%刀具平直”方式，通常平面直径百分比为60%-75%之间；精加工一般选择“恒定”或“残余高度”方式。
（2）设定切削用量
在“平面铣”对话框“刀轨设置”栏内单击“步距”下拉列表，设定步距为“%刀具平直”值，并在“平面直径百分比”栏内输入比值65。
（3）设定切削层参数
在“平面铣”对话框“刀轨设置”栏内单击提示文本“切削层”后的按钮
打开“切削深度参数”对话框如图5-23所示，单击类型下拉列表设定为“用户定义”，指定切削深度的最大值为3mm，初始值为3mm，其实采用默认值。
单击【确定】按钮返回“平面铣”对话框。
图5-23“切削深度参数”对话框
（4）设定切削参数
在“平面铣”对话框“刀轨设置”栏内单击提示文本“切削参数”后的按钮
打开“切削参数”对话框，选择“余量”选项卡如图5-24所示。
Ø设置“部件余量”为0.3。
Ø“最终底面余量”为0.1。
Ø“毛坯余量”为5。
Ø“内公差”为0.03。
Ø“外公差”为0.12。
Ø其余选项均设为“0”。
“切削参数”对话框其他选项卡设置采用默认值，单击【确定】按钮，系统返回“平面铣”对话框。
图5-24“切削参数”对话框
（5）设定非切削移动
在“平面铣”对话框“刀轨设置”栏内单击提示文本“非切削移动”后的按钮
打开“非切削移动”对话框，单击“进刀”选项卡，按照图5-25所示设置开放区域和封闭区域进刀参数。
图5-25“非切削移动”对话框“进刀”选项卡
在“退刀”选项卡中退刀类型设置为“与进刀相同”即可。
“开始/钻点”选项卡“重叠距离”设置为2mm。
在“传递/快速”选项卡中设定安全设置选项为“平面”后单击指定平面按钮
弹出“平面构造器”对话框，如图5-26所示构造安全平面。
在“平面构造器”对话框中单击选中
，选择模型的上表面如图5-27所示，在图5-26所示“平面构造器”对话框设置偏置距离为“30mm”，在选定的模型上表面上方偏置30mm创建安全平面，单击【确定】按钮创建“安全平面”如图5-28所示。
设置好的“传递/快速”选项卡如图5-29所示。
图5-26“平面构造器”对话框
图5-27选择模型的上表面创建安全平面
图5-28创建“安全平面”
图5-29设置好的“非切削移动”对话框“传递/快速”选项卡
其他选项卡均采用默认值，单击【确定】按钮后返回“平面铣”对话框。
（6）进给和速度设定
在“平面铣”对话框“刀轨设置”栏内单击提示文本“进给和速度”后的按钮
打开“进给和速度”对话框，设定主轴速度为2000rpm，系统自动计算表面速度和每齿进给。
单击“进给率”展开设置栏目，按照如图5-30所示设定进给率。
其他选项卡均采用默认值，单击【确定】按钮后返回“平面铣”对话框。
图5-30“进给和速度”对话框
10.生成刀具路径
（1）在“平面铣”对话框中单击
按钮生成刀具路径，观察粗加工刀位轨迹的特点。
（2）单击【确定】按钮，接受生成的刀具路径，刀具轨迹如图5-31所示。
图5-31粗加工刀位轨迹
5.1.3清角加工
1.拷贝平面铣削操作
（1）复制平面铣削操作。
在操作导航器的程序顺序视图中鼠标右键单击先前创建的操作P_M_D10，在右键快捷菜单中选中“复制”命令，复制操作P_M_D10如图5-32所示。
图5-32复制操作P_M_D10
（2）粘贴平面铣削操作
在操作导航器的程序顺序视图中鼠标右键单击先前创建的操作P_M_D10，在右键快捷菜单中选中“粘贴”命令，粘贴上步骤复制的操作P_M_D10如图5-33所示。
图5-33粘贴操作P_M_D10
2.重命名复制的平面铣削操作
在操作导航器的程序顺序视图中鼠标右键单击先前复制的操作P_M_D10，在右键快捷菜单中选中“重命名”命令如图5-34所示，输入新名称“QJ_D8”。
图5-34重命名复制的平面铣削操作
3.建立角落清理的材料边界
（1）双击“”QJ_D8”操作弹出“平面铣”对话框，在“平面铣”对话框中单击“切削参数”按钮
，打开“切削参数”对话框
（2）在“切削参数”对话框中选择“余量”选项卡，设置“部件余量”和“最终底面余量”均为0，生成角落清理的材料边界。
（3）选择“未切削”选项卡如图5-35所示，设置“重叠距离”为2，选中“自动保存边界”复选框，操作生成刀轨后会自动产生没有加工的角落边界，可以作为角落清理的边界几
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