项目2
曲面零件

本项目以一个带曲面的工件为例，详细介绍用UG软件进行曲面数控编程的方法，工件的材料为铝块，尺寸如图2-1所示。

1.加工工序分析图

2.建模过程

（1）启动 NX 10.0，单击“新建”按钮 ，在【新建】对话框中选取“模型”选项卡，在模板框中“单位”选取“毫米”，选取“模型”所在行，“名称”设为“EX2.prt”，文件夹选取“E：\UG10.0数控编程\项目2”。

（2）单击“确定”按钮，进入建模环境，

（3）单击“拉伸”按钮 ，在【拉伸】对话框中单击“绘制截面”按钮 ，参考图1-4。

（4）在【创建草图】对话框中“草图类型”选取“在平面上”，“平面方法”选取“现有平面”，“参考”选取“水平”，参考图1-5。

（5）在工作区中的坐标系上选取 XOY 平面为草绘平面，选取 X 轴为水平参考，此时工作区中出现一个工作坐标系，基准坐标系与工作坐标系重合，参考图1-6。

（6）单击“确定”按钮，工作区的视图切换至草绘方向。

（7）在快捷菜单中单击“矩形”按钮 ，在工作区中任意绘制一个矩形，参考图1-7。

（8）在快捷菜单中单击“显示草绘约束”按钮 ，隐藏草绘中的约束符号。

（9）在快捷菜单中单击“设为对称”按钮 ，选取 AB 点，再选取 CD 点，然后选取 Y 轴， AB 、 CD 关于 Y 轴对称。

（10）再在【设为对称】对话框中单击“选取中心线”按钮 ，先选取 X 轴，再选取 AD ，然后选取 BC ， AD 与 BC 关于 X 轴对称，参考图1-8。

提示： 因为系统默认上一组对称的中心线为对称轴，所以在设置第二组对称约束时，应先选取对称轴，再选取其他的对移图素。

（11）修改尺寸标注，改为82mm×80mm，如图2-2所示。

（12）单击“完成”按钮 ，在【拉伸】对话框中“指定矢量”选取“ZC”按钮 ，“开始”选取“值”，“距离”设为 0，“结束”选取“值”，“距离”设为 5mm，“布尔”选取“ 无”，如图1-10所示。

（13）单击“确定”按钮，创建一个拉伸特征，特征的颜色是系统默认的棕色。

（14）单击“正三轴测图”按钮 ，切换视图后如图2-3所示，

（15）单击“拉伸”按钮 ，在【拉伸】对话框中单击“绘制截面”按钮 ，参考图1-4。

（16）在【创建草图】对话框中“草图类型”选取“在平面上”，“平面方法”选取“现有平面”，“参考”选取“水平”，参考图1-5。

（17）在工作区中的坐标系上选取零件的上表面为草绘平面，选取 X 轴为水平参考，此时工作区中出现一个工作坐标系，基准坐标系与工作坐标系重合，参考图1-6。

（18）单击“确定”按钮，工作区的视图切换至草绘方向。

（19）在快捷菜单中单击“根据中心点和尺寸创建椭圆”按钮 ，在【椭圆】对话框中单击“中心”区域的“指定点”按钮 ，在【点】对话框中输入中心点坐标（0，0，0），“大半径”设为35mm，“小半径”设为30mm，“旋转角度”设为0，如图2-4所示。

（20）单击“确定”按钮，绘制一个椭圆，如图2-5所示。

（21）单击“完成草图”按钮 ，在【拉伸】对话框中对“指定矢量”选取“ZC↑” ，“开始”选取“值”，“距离”设为 0，“结束”选取“值”，“距离”设为 5mm，“布尔”选取“求和”选项 。

（22）单击“确定”按钮，创建椭圆柱，该特征与原来的特征合并在一起，如图2-6所示。

（23）选取“菜单|插入|设计特征|旋转”命令，在【旋转】对话框中单击“绘制截面”按钮 。

（24）在【创建草图】对话框中对“草图类型”选取“在平面上”，“平面方法”选取“现有平面”，“参考”选取“水平”，参考图1-5。

（25）选取 YOZ 平面为草绘平面， Y 轴为水平参考，绘制一条圆弧（R100mm），如图2-7所示。

（26）单击“完成草图”按钮 ，在【旋转】对话框中对“指定矢量”选取“ZC↑” ，开始角度设为0°，结束角度设为360°。单击“指定点”按钮 ，在【点】对话框中输入（0，0，0），如图2-8所示。

（27）单击“确定”按钮，创建旋转曲面，如图2-9所示。

（28）选取“菜单|插入|同步建模|替换面”命令，选取椭圆柱的上表面为要替换的面，旋转曲面为替换面，偏置距离设为 0；单击“确定”按钮，创建替换特征，如图2-10所示。

（29）在模型树中选取 ，单击鼠标右键，选取“隐藏”命令，隐藏旋转曲面。

（30）单击“边倒圆”按钮 ，选取实体的边线，创建倒圆角特征（R3mm），如图2-11所示。

3.数控编程过程

（1）进入UG加工环境。

第1步：在横向菜单中单击“应用模块”选项卡，再单击“加工” 命令，参考图1-17。

第2步：在【加工环境】对话框中选取“cam_general”选项和“mill_contour”选项，如图1-18所示，单击“确定”按钮，进入加工环境。此时，工作区中出现两个坐标系，一个是基准坐标系，另一个是工件坐标系。

第3步：选取“菜单|编辑|移动对象”命令，在【移动对象】对话框中对“运动”选取“距离”，“指定矢量”选取“ZC↑”选项 ，“距离”设为-25mm，“结果”选取“ 移动原先的”，如图1-18所示。

第4步：单击“确定”按钮，工件坐标系移至工件最高点，如图2-12所示。

第5步：选取“菜单|插入|几何体”命令，在【创建几何体】对话框中对“几何体子类型”选取 ，“几何体”选取“GEOMETRY”，“名称”设为A，参考图1-21。

第6步：单击“应用”按钮，在【MCS】对话框中“安全设置选项”选取“自动平面”，“安全距离”设为10mm，参考图1-22。

第7步：单击“确定”按钮，创建几何体。

第8 步：在辅助工具条中选取“几何视图”按钮 ，如图1-23 所示，系统在“工序导航器”中添加了刚才创建的几何体A，参考图1-24。

第9步：选取“菜单|插入|几何体”命令，在【创建几何体】对话框中对“几何体子类型”选取“WORKPIECE”按钮 ，“几何体”选取 A，“名称”设为 B，参考图1-25。

第 10 步：单击“确定”按钮，在【工件】对话框中选取“指定部件”按钮 ，参考图1-26，在工作区中选取整个零件，单击“确定”按钮，设定零件为工作部件。

第 11 步：在【工件】对话框中单击“指定毛坯”按钮 ，在【毛坯几何体】对话框中对“类型”选取“包容块”，把“XM-”、“YM-”、“XM+”、“YM+”设为1mm，“ZM+”设为5mm，参考图1-27。

第12步：单击“确定|确定”按钮，创建几何体B，在“工序导航器”中展开 ，可以看出几何体B在坐标系A下面，参考图1-28。

第 13 步：单击“创建刀具”按钮 ，在【创建刀具】对话框中对“刀具子类型”选取“MILL”按钮 ，“名称”设为D10R0，参考图1-29，单击“确定”按钮。

第14步：在【铣刀-5参数】对话框中“直径”设为 φ 10mm，“下半径”设为0，参考图1-30。

（2）创建型腔铣刀路（粗加工程序）。

第 1 步：单击“创建工序”按钮 ，在【创建工序】对话框中对“类型”选取“mill_contour”，“工序子类型”选取“CAVITY_MILL（腔型铣）”按钮 ，“程序”选取“NC_PROGRAM”，“刀具”选取D10R0，“几何体”选取B，“方法”选取“METHOD”，如图2-13所示。

第2步：在【型腔铣】对话框中单击“指定切削区域”按钮 ，用框选取方式选取整个零件。

第3步：在【型腔铣】对话框中单击“指定修剪边界”按钮 ，在【修剪边界】对话框中对“选择方法”选取“面”，“修剪侧”选取“外部”，“刨”选取“自动”，如图2-14所示。

第4步：按住鼠标中键翻转实体后选取实体的底面，系统以底面的边线作为加工的路径。

第5步：在【型腔铣】对话框中，对“切削模式”选取“跟随周边”，“步距”选取“恒定”，“最大距离”设为8mm，“公共每刀切削深度”选取“恒定”，“最大距离”设为0.5mm，如图2-15所示。

第6步：单击“切削层”按钮 ，在【切削层】对话框中对“范围类型”选取“自动”，“切削层”选取“恒定”，“公共每刀切削深度”选取“恒定”，“最大距离”设为0.5mm。“范围1的顶部”区域中的ZC设为5mm（“5mm”这个数值是在设定毛坯时设定的，表示刀路从高于工件5mm的平面处开始加工）。连续单击“列表”框中的“移除”按钮 ，再选取工件的台阶面（设定加工的深度），系统自动侦测到范围深度为25mm，如图2-16所示，加工时从25mm高处开始加工。（这是因为前面在设定毛坯时，“ZM+”设为5mm，如果前面将“ZM+”设为0，加工时从工件最高处开始加工。）

第7步：单击“切削参数”按钮 ，在【切削参数】对话框中对“策略”选项卡中，“切削方向”选取“顺铣”，“切削顺序”选取“深度优先”，“刀路方向”选取“向内”，如图2-17所示，在“余量”选项卡中，“部件侧面余量”设为0.3 mm，“部件底面余量”设为0.2mm，内（外）公差设为0.01，如图2-18所示。

第8步：单击“非切削移动”按钮 ，在【非切削移动】对话框中单击“转移/快速”选项卡，“区域之间”的“转移类型”选取“安全距离-刀轴”，在“区域内”的“转移方式”选取“进刀/退刀”，“转移类型”选取“前一平面”，安全距离设为3mm，如图2-19所示，单击“进刀”选项卡，在“开放区域”中，“进刀类型”选取“线性”，“长度”设为10mm，“高度”设为3mm，“最小安全距离”设为8mm，如图2-20所示，在“退刀”选项卡中“退刀类型”选取“与进刀相同”。

第9步：单击“进给率和速度”按钮 ，主轴速度设为 1000 r/min，进给率设为1200 mm/min。

第10步：单击“生成”按钮 ，生成刀路，在工作区上方单击“前视图”按钮 ，从前视图中可看出，刀路高于零件最高位，如图2-21所示。

（3）创建精加工壁刀路（外形粗加工程序）。

第1步：选取“菜单|插入|工序”命令，在【创建工序】对话框中对“类型”选取“mill_planar”，“工序子类型”选取“精加工壁”按钮 ，“程序”选取“NC_PROGRAM”，“刀具”选取 D10R0，“几何体”选取“B”，“方法”选取“METHOD”，参考图 1-41，单击“确定”按钮。

第2步：在【精加工壁】对话框中单击“指定部件边界”按钮 ，在【边界几何体】对话框中“模式”选取“面”，“材料侧”选取“内部”，选取“ 忽略岛”、“ 忽略孔”复选取框，如图2-22所示，选取工件的台阶面，单击“确定”按钮。（注：这个步骤是选取加工的边线）

第3步：再次在【精加工壁】对话框中单击“指定部件边界”按钮 ，在【编辑边界】对话框中“刨”选取“用户定义”，“材料侧”选取“内部”，如图2-23所示，选取工件的台阶面，单击“确定”按钮。（注：这个步骤是选取加工的起始高度）

第4步：在【精加工壁】对话框中单击“指定底面”按钮 ，选取工件的底面。“切削模式”选取“轮廓”，“步距”选取“恒定”，“最大步距”设为 8mm，“附加刀路”设为0。

第5步：单击“切削层”按钮 ，在【切削层】对话框中“范围类型”选取“恒定”，“公共”设为0.5mm，参考图1-45，单击“确定”按钮。

第6步：单击“切削参数”按钮 ，在【切削参数】对话框“策略”选项卡中，“切削方向”选取“顺铣”，“切削顺序”选取“深度优先”，参考图1-46。

第 7 步：在“余量”选项卡中，“部件余量”设为 0.3 mm，“最终底面余量”设为0.1mm，“内（外）公差”设为0.01，参考图1-47。

第8步：单击“非切削移动”按钮 ，在【非切削移动】对话框中单击“转移/快速”选项卡，区域之间的“转移类型”选取“安全距离-刀轴”，区域内的“转移方式”选取“进刀/退刀”，“转移类型”选取“直接”，参考图1-48。单击“进刀”选项卡，在“开放区域”中，“进刀类型”选取“圆弧”，“半径”设为2mm（注：进刀半径），“圆弧角度”设为90°，“高度”设为1mm（注：提刀高度），“最小安全距离”设为8mm（注：直线进刀长度），（初学者可以夸张地修改这些参数的大小，以便更好的体会这些参数的含义。）在“退刀”选项卡中“退刀类型”选取“与进刀相同”。在“起点/钻点”选项卡中单击“指定点”按钮 ，选取“控制点”选项 ，如图2-24所示，再选取工件右边的边线，系统以该直线的中点设为进刀点。

第 9 步：单击“进给率和速度”按钮 ，主轴速度设为 1000r/min，进给率设为1200mm/min。

第10步：单击“生成”按钮 ，生成精加工壁刀路，如图2-25所示。

第11步：在辅助工具条中选取“程序顺序视图”按钮 ，如图1-57所示。

第12步：在工序导航器中将Program改为A1，并把刚才创建的2个刀路程序移到A1下面，如图2-26所示。

（4）创建第二组程序组。

第1步：选取“菜单|插入|程序”命令，在【创建程序】对话框中“类型”选取“mill_contour”，“程序”选取“NC_PROGRAM”，“名称”设为A2，参考图1-59。

第2步：单击“确定”按钮，创建A2程序组。此时，A2与A1并列，并且A1与A2都在“NC_PROGRAM”下，参考图1-60。

第3步：在工序导航器中选取 ，单击鼠标右键，选取“复制”命令。

第 4 步：再在工序导航器中选取“A2”，单击鼠标右键，选取“内部粘贴”命令，把 程序粘贴到A2程序组。

第5步：在工序导航器中双击 ，在【精加工壁】对话框中，“步距”选取“恒定”，“最大步距”设为0.1mm，“附加刀路”设为3，单击“切削层”按钮 ，在【切削层】对话框中，“类型”选取“仅底面”，单击“切削参数”按钮 ，在【切削参数】对话框“余量”选项卡中，“部件余量”设为0，“最终底面余量”设为0。

第 6 步：单击“进给率和速度”按钮 ，主轴转速设为 1200 r/min，进给率设为500 mm/min。

第7步：单击“生成”按钮 ，生成精加工壁刀路，如图2-27所示。

第8步：选取“菜单|插入|工序”命令，在【创建工序】对话框中“类型”选取“mill_planar”，“工序子类型”选取“底壁加工”按钮 ，“程序”选取“A2”，“刀具”选取D10R0，“几何体”选取“B”，“方法”选取“METHOD”，如图2-28所示，单击“确定”按钮。

第9步：在【底壁加工】对话框中单击“指定切削区底面”按钮 ，选取工件台阶面。

第10步：在【底壁加工】对话框中对“方法”选取“METHOD”，“切削区域空间范围”选取“底面”，“切削模式”选取“往复”，“步距”选取“恒定”，“最大距离”设为8mm，“每刀切削深度”设为0，“Z向深度偏值”设为0。

第 11 步：单击“切削参数”按钮 ，在【切削参数】对话框中选取“余量”选项卡，“部件余量”、“壁余量”、“最终底面余量”设为0。

第12步：在【切削参数】对话框中选取“策略”选项卡，“切削方向”选取“顺铣”，“切削角”选取“自动”，勾选取“ 添加精加工刀路”复选取框，“刀路数”设为3，“精加工步距”设为0.1mm，如图2-29所示。

第13步：单击“进给率和速度”按钮 ，主轴转速设为1200 r/min，进给率设为500 mm/min。

第14步：单击“生成”按钮 ，生成底壁精加工刀路，如图2-30所示。（5）创建第三组程序组。

第1步：选取“菜单|插入|程序”命令，在【创建程序】对话框中“类型”选取“mill_contour”，“程序”选取“NC_PROGRAM”，“名称”设为A3。

第2步：单击“确定”按钮，创建A3程序组，此时A3与A1、A2并列，并且A1、A2、A3都在“NC_PROGRAM”下。

第 3 步：单击“创建工序”按钮 ，在【创建工序】对话框中“类型”选取“mill_contour”，“工序子类型”选取“固定轮廓铣”按钮 ，“程序”选取“A3”，“刀具”选取 NONE，“几何体”选取“B”，“方法”选取“METHOD”，如图 2-31 所示，单击“确定”按钮。

第4步：在【固定轮廓铣】对话框中单击“指定切削区域”按钮 ，在工件上选取圆弧面与圆角面，如图2-32所示。

第5步：在“驱动方法”选取“区域铣削”选项，如图2-33所示。

第6步：在【区域铣削驱动方法】对话框中“陡峭空间范围”选取“无”，“非陡峭切削模式”选取 ，“切削方向”选取“顺铣”，“步距”选取“恒定”，最大距离设为 0.2mm，“切削角”选取“指定”，“与 XC 的夹角”设为 45°，如图2-34所示，单击“确定”按钮。

第7 步：在【区域轮廓铣】对话框“工具”区域中单击“新建刀具”按钮 ，如图2-35所示。

第8步：在【新建刀具】对话框中“刀具子类型”选取“BALL_MILL”按钮 ，“名称”设为D10R5，单击“确定”按钮，在【铣刀-球头铣】对话框中设定“球直径”设为 φ 10 mm。

第9步：单击“切削参数”按钮 ，在【切削参数】对话框中选取“余量”选项卡，“部件余量”设为0.5mm。

第10步：单击“进给率和速度”按钮 ，主轴速度设为 1000 r/min，进给率设为1200 mm/min。

第11步：单击“生成”按钮 ，生成平行铣刀路，如图2-36所示。第 12 步：在“工序导航器”中双击 ，单击“编辑”按钮 ，将“非陡峭切削模式”改为选取 ，生成的跟随周边铣刀路如图2-37所示。

第13步：如将“非陡峭切削模式”改为选取 ，“阵列中心”设为（0，0，0），所生成的径向往复铣刀路如图2-38所示。

第14步：如将“非陡峭切削模式”改为选取 ，所生成的轮廓铣刀路如图2-39所示。

（6）创建第四组程序组。

第1步：选取“菜单|插入|程序”命令，在【创建程序】对话框中对“类型”选取“mill_contour”，“程序”选取“NC_PROGRAM”，“名称”设为A4。

第2步：单击“确定”按钮，创建A4程序组。此时，A4、A1、A2和A3列，并且A1、A2、A3和A4都在“NC_PROGRAM”下。

第3步：在“工序导航器”中选取 ，单击鼠标右键，选取“复制”命令，再选取“A4”，单击鼠标右键，选取“内部粘贴”命令。

第4步：在“工序导航器”中双击 ，单击“切削参数”按钮 ，在【切削参数】对话框中选取“余量”选项卡，“部件余量”设为0。

第5步：单击“进给率和速度”按钮 ，主轴转速设为1200 r/min，进给率设为800mm/min。

第6步：单击“生成”按钮 ，生成刀路。

4.刀路仿真模拟

在“工序导航器”中选取所有刀路，单击“确认刀轨”按钮 ，在【刀轨可视化】对话框中选取“2D动态”按钮，再单击“播放”按钮►，即可进行仿真模拟。

5.装夹方式

（1）用虎钳装夹工件时，工件的上表面至少高出台钳平面25mm。

（2）工件采用四边分中，设上表面为Z0，参考图1-70。

6.加工程序单

加工程序单如表2-1所示。

小结

本章主要介绍以下几个方面的内容：

· 在建模环境下创建实体的一般方法。

· 在“工序导航器”为“程序顺序视图”模式下创建几何体。

· 创建刀具的一般方法。

· 用“型腔铣”的方式加工工件的曲面开粗。

· 用“精加工壁”的方式加工工件的外形。

· 通过选面的方式来选取精加工壁的边界。

· 用“底壁加工”的方式加工工件的台阶面。

· 在非切削模式中指定下刀点的方法。

· 用“固定轮廓铣”的方法加工工件的曲面，“固定轮廓铣”包括许多刀路：跟随周边、轮廓、往复、单向、径向往复、同心…… on1GnvEmfcxDpRWzWxPLfowdJoHjtIrSVwbl964CRZEC6umWpd6iD+wrPHHqsFkx