UG NX 12.0三維建模及自動編程項目教程 課件 任務3.2 平面凸輪零件加工編程

03020104平面凸輪零件加工編程為二維輪廓的平面加工編程，通過對平面凸輪零件加工編程任務過程實施，使得讀者熟悉平面加工的各種方法、掌握邊界的種類和定義方法、掌握切削深度的定義及加工仿真的使用方法。如圖a）所示凸輪形狀，材料為2A12，毛坯為260×200×25mm的方料。要求加工成凸起凸輪、凸臺高度為8mm，加工過程要求使用兩個操作，即零件的頂面，凸輪成型輪廓的加工，完成后零件的形狀如圖b）所示。圖a）凸輪二維輪廓圖圖b）加工后凸輪圖圖3-2-1平面凸輪（1）知識目標常見平面加工方法。邊界。切削深度范圍和切削深度。加工仿真。切削速度及進給。操作的創(chuàng)建工具。（2）技能目標可以根據工藝要求合理選擇平面加工的方法。熟練使用面、曲線/點等方法定義邊界。能根據需要正確判斷并定義刀具與邊界之間的關系。能合理選用切削深度。能熟練使用仿真功能判斷刀具軌跡的合理性。能合理設置切削速度和進給率。培養(yǎng)學生運用數控加工相關標準，準確把握零件圖紙要求，正確分析被加工零件的特點，結合數控加工工藝和數控編程知識，制定加工工藝流程，合理使用UG

NX12.0平面加工的各種操作方法完成平面凸輪零件成型面加工刀路的生成和驗證。養(yǎng)成能辯證分析模型，創(chuàng)造性的進行任務簡化，培養(yǎng)獨立思考，善于積累、樂于創(chuàng)新的職業(yè)能力。平面銑泛指一切有關平面的粗加工和精加工的銑削功能，它可以生成平行于指定底平面的多層刀具軌跡，切除工件上的余量。平面銑屬于2.5軸加工方式，加工過程中首先完成在水平方向XY兩軸聯(lián)動，然后再沿Z軸下刀至下一切削層，循環(huán)往復，直至結束。通過設置不同的切削方法，平面銑可以完成型腔和輪廓形狀的加工。刀具軸垂直于加工坐標系的XY平面，即在切削過程中機床兩軸聯(lián)動。采用邊界定義刀具切削運動的區(qū)域。調整方便，能很好地控制刀具在邊界上的位置。既可以用于粗加工，也可用于精加工?；谝陨咸攸c，平面銑常用于直壁或底面為平面的零件加工，如型腔的底面、型芯的頂面、水平分型面、基準面和外形輪廓等。（1）平面加工概述（2）平面銑的特點在加工環(huán)境中使用“創(chuàng)建工序”工具按鈕

激活“創(chuàng)建工序”對話框，在“類型”選項下拉列表中選擇“mill_planar”，工序子類型中就顯示平面銑子類型，如表3-2-1所示。（3）平面銑子類型子類型英語名稱說

明底壁銑FLOOR_WALL用于對棱柱部件上的平面進行基礎面銑。需要選擇底面和（或）側壁幾何體，移除的材料由切削區(qū)域的底面和毛坯厚度來確定。帶IPW的底壁加工FLOOR_WALL_IPW使用IPW切削底面和壁。需要選擇底面和（或）壁幾何體，要移除的材料由所選擇幾何體和IPW確定。用于通過IPW跟蹤未切削材料時銑削2.5軸棱柱部件。使用邊界面銑FACE_MILLING在用平面邊界定義的區(qū)域內使用固定刀軸切削。選擇面、曲線或點來定義與刀軸垂直的平面邊界，常用于線框模型。手工面銑FACE_MILLING_MANUAL切削垂直于固定刀軸的平面，允許向每個包含手工切削模式的切削區(qū)域指派不同的切削模式。選擇部件上的面定義切削區(qū)域，還可以定義壁幾何。平面銑PLANAR_MILL移除垂直于固定刀軸的平面切削層材料。需要定義平行于底面的部件邊界、毛坯邊界和底平面。常用于粗加工帶豎直壁的棱柱部件上的大量材料。表3-2-1常用平面銑子類型在加工環(huán)境中使用“創(chuàng)建工序”工具按鈕

激活“創(chuàng)建工序”對話框，在“類型”選項下拉列表中選擇“mill_planar”，工序子類型中就顯示平面銑子類型，如表所示。（3）平面銑子類型（續(xù)上）子類型圖例說明子類型圖例說明平面輪廓銑PLANAR_PROFILE使用“輪廓”切削模式來生成單刀路和沿部件邊界輪廓的多層平面刀路。需要定義平行于底面的部件邊界、底平面。用于加工平面壁或邊。清理拐角CLEANUP_CORNERS使用2D處理中的工件來移除之前工序所遺留的材料。需要定義部件和毛坯邊界、2DIPW、底平面。用于移除在之前工序中使用較大直徑刀具后遺留在拐角的材料。精加工壁FINISH_WALLS使用“輪廓”切削模式來精加工壁，同時為底面留下加工余量。需要定義平行于底面的部件邊界、底面。用于精加工直壁，同時需要留出底面余量的場合。精加工底面FINISH_FLOOR使用“跟隨部件”切削模式來精加工底面，并為壁留出加工余量。需要定義平行于底面的部件邊界、底面和毛坯邊界。用于精加工底面。銑孔HOLE_MILLING使用螺旋式來加工盲孔、通孔或凸臺。需要選擇孔幾何或使用已識別的孔特征。平面雕刻文字PLANAR_TEXT雕刻平面上的文字。選擇文字定義刀具軌跡。需要選擇文字、底面，定義文本深度。表3-2-1常用平面銑子類型（續(xù)）1）在“平面銑”操作中，邊界有“部件邊界

”、“毛坯邊界

”、“檢查邊界

”、“修剪邊界

”和“底平面

”等多種類型，它們的作用說明如下：（1）邊界類型部件邊界

：部件邊界用于限定加工完成后的零件輪廓，控制刀具的運動范圍，可以選擇面、點、曲線和永久邊界進行定義。選擇點時，以選擇的順序將點用直線連接起來形成封閉或開放的邊界；選擇面時，以面的輪廓形成一個封閉的邊界；使用曲線定義邊界時，可以選擇草圖曲線、實體、片體、空間曲線等形成封閉或開放的邊界。開放邊界加工時，刀具在邊界的左側則“刀具側”選項設為“左”，否則設為“右”，封閉邊界加工時，刀具在邊界內切削，“刀具側”選項設為“內側”，否則設為“外側”。毛坯邊界

：毛坯邊界用于描述將要被加工的材料范圍，只能是封閉的邊界。它不表示最終零件，它限定加工時的最大極限范圍。溫馨提示：毛坯邊界不是必須定義的，如果在封閉的部件邊界內側加工，則可以不定義毛坯邊界；如果部件邊界外側加工，則必須定義毛坯邊界。（續(xù)上）檢查邊界

：檢查邊界用于描述刀具不能碰撞的區(qū)域，如夾具和壓板等位置。檢查邊界的定義和毛坯邊界的定義方法一樣，檢查邊界必須是封閉的。可以通過指定檢查邊界的余量來定義刀具離開檢查邊界的距離。修剪邊界

：修剪邊界用于進一步控制刀具的運動范圍，可以使用定義零件邊界一樣的方法定義修剪邊界。修剪邊界可以對刀具路徑進一步約束，通過指定修剪材料側為內部還是外部（對于封閉邊界），或指定為左側還是右側（對于開放邊界），確定要從操作中排除的切削區(qū)域。。底平面

：在平面銑操作中，底平面用于指定平面銑加工的最低高度。每一個操作中只能有一個底平面，在下一次操作中，又要重新定義底平面。永久性邊界。永久邊界一旦被創(chuàng)建，則可以被重復使用。永久邊界可以通過在邊界管理器中直接創(chuàng)建，也可以將臨時邊界的轉化為永久邊界。臨時邊界。臨時邊界通過有效的幾何體選擇對話框進行創(chuàng)建。臨時邊界只會臨時顯示在屏幕上，當屏幕刷新后就會消失。當需要使用臨時邊界時，臨時邊界又會重新顯示出來。2）永久性邊界和臨時邊界溫馨提示：在邊界上顯示有半邊箭頭，箭頭所在邊為材料側。邊界上顯示的小圓圈標識邊界的起點；箭頭表示邊界的方向，銑輪廓的刀軌將沿邊界的方向運動，完整的箭頭表示刀具中心落在邊界上，刀具位置為對中，半個箭頭表示刀具和邊界相切，刀具位置為相切。不管是哪種類型的邊界，定義的方法和步驟基本相同，只是定義的入口不同而已，所以下面以永久性邊界的定義過程為例說明邊界的定義：單擊“創(chuàng)建幾何體”工具按鈕

，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建幾何體”對話框，在對話框中選擇“銑削邊界”工具按鈕

，單擊【確定】按鈕，系統(tǒng)彈出“銑削邊界”對話框，單擊按鈕

，系統(tǒng)彈出“部件邊界”定義對話框，如圖3-2-2所示。（2）邊界創(chuàng)建圖3-2-2部件邊界對話框（3）使用面、曲線、點定義邊界UG

CAM中加工邊界可以采用面、曲線或點形式進行定義：（1）使用面定義圖b）邊界，要求：使用毛坯頂面定義邊界，刀具側為內側，邊界平面為毛坯頂面。（2）使用曲線定義圖c）邊界，要求：使用邊AB、CD、DE定義開放邊界，刀具側為右側，邊界平面為毛坯頂面。（3）使用點定義圖d）邊界，要求：使用A、B、C、D四點定義封閉邊界，刀具側為內側，邊界平面為毛坯頂面，注意設置刀具位置BC段和DA段為對中，AB段和CD段是相切圖a）部件邊界對話框圖b）使用面定義邊界圖c）使用曲線定義邊界圖c）使用點定義邊界圖3-2-3創(chuàng)建邊界（4）刀具側和位置、邊界平面1）刀具側和位置限制刀具與加工邊界的相對位置。封閉邊界刀具側有外部和內部，開口邊界刀具側有左側和右側，刀具和邊界的位置有對中和相切兩種形式。2）邊界平面指定加工邊界所在平面，有自動和指定兩種確定方式。圖3-2-4邊界刀具側如果創(chuàng)建的邊界不滿足要求，系統(tǒng)允許用戶對邊界進行編輯定義。當在操作對話框定義了邊界幾何后，再次單擊相應的“幾何體邊界”按鈕，系統(tǒng)彈出“部件邊界”對話框，此時對話框的內容和新定義邊界時的“部件邊界”對話框會略有不同，但可以參考邊界定義過程進行邊界編輯。（3）邊界編輯3）刀具位置與邊界平面實例刀具位置，要求：將圖b）的邊界刀具位置改為對中，圖c）的邊界刀具位置BC段和DA段為對中，AB段和CD段是相切。邊界平面，要求：將b）、c)、d）的邊界平面定義至毛坯頂面。圖b）使用面定義邊界圖c）使用曲線定義邊界圖c）使用點定義邊界圖3-2-5邊界定義實例在“平面銑”對話框中單擊“切削層”按鈕

，系統(tǒng)彈出“切削層”對話框，對話框各選項的含義、用法如圖3-2-6所示。圖3-2-6切削層對話框按照同一切削層相鄰刀具軌跡之間的距離為恒定值，當指定的刀間距不能均分切削區(qū)域時，系統(tǒng)將自動減少刀路間距以保持恒定步距。如在寬度為3.5mm的切削區(qū)域內切削，用戶指定的步距為0.75mm，因為0.75不能等分3.5時不是整數，所以系統(tǒng)將刀間距減少為0.7mm，使得能夠保持恒定步距。（1）恒定的切削步距用于控制同一切削層上相鄰刀具軌跡之間的距離?？刂品绞接泻愣ǖ摹⒌毒甙俜直?、殘余高度和多重變量4種選項，含義分別如下：以刀具直徑乘以百分比的積作為切削步距。如果指定的刀路間距不能平均分割所在區(qū)域，系統(tǒng)將減少刀路間距以保持恒定步距。（3）刀具百分比系統(tǒng)根據指定的殘料高度，計算刀間距。使實際加工得到的面與理論面之間剩余材料的高度不大于指定的殘余高度。（4）殘余高度可以為往復、單向和單向輪廓切削模式指定多個刀間距。（2）多重變量單擊“進給率和速度”工具按鈕

，系統(tǒng)彈出“進給率和速度”對話框，對話框各選項的含義、用法如圖3-2-7所示。圖3-2-7進給率和速度經過分析，凸輪零件材料為2A12，容易加工且結構簡單，主要有以下特點：極限尺寸為260×200×22mm。加工部位為零件的頂面和成型面兩處。零件的精度較低。成型面的最小凹圓角R8mm，最大深度8mm。（1）平面凸輪加工工藝分析因為零件僅頂部和成型面加工，故毛坯定義時只需要在頂面留加工余量，這里選擇毛坯尺寸為260×200×25mm。頂面加工（使用邊界面銑操作加工）。成型面加工（根據要求不同需要選擇不同的加工方法）。（2）平面凸輪加工工藝方案編排——參考根據平面凸輪的加工工藝分析，參考工藝編排方案，聯(lián)系專業(yè)知識，完善平面凸輪零件加工工藝相關信息，參考表3-2-2。（3）平面凸輪加工工藝方案編排——學生姓

名

班

級

學

號

零件名稱

材

料

夾

具

最小凹圓角

最大切削深度

機

床

序號工序名稱刀具刀具伸出長度切削速度進給率操作名稱1

2

3

4

5

表3-2-2進給率和速度1）打開文件3-2.prt。2）使用拉伸工具創(chuàng)建加工時的毛坯。以圖a）所示的矩形為拉伸截面，沿+ZC方向拉伸，高度25mm，結果如圖b）所示。3）進入加工界面，進行加工初始化。激活“加工環(huán)境”對話框后，“CAM會話配置”選擇“cam_general”“創(chuàng)建的CAM設置”選擇“mill_planar”，進入加工環(huán)境。（1）任務實施操作步驟——參考圖a）加工零件圖b）拉伸實體圖3-2-8創(chuàng)建毛坯4）定義加工幾何將工序導航器轉為“幾何視圖”。將工件坐標系定義到如圖3-2-9所示拉伸實體的頂平面中心位置，安全平面距離毛坯頂面10mm。將拉伸得到的實體定義為毛坯幾何體。圖3-2-9工件坐標系和毛坯5）創(chuàng)建刀具使用“創(chuàng)建刀具”工具按鈕

激活“創(chuàng)建刀具”對話框，創(chuàng)建

12棒銑刀，刀具名稱D12，參數設置如圖3-2-10所示。圖3-2-10刀具參數

6）使用“帶邊界面銑”創(chuàng)建頂面加工操作。使用“創(chuàng)建工序”工具按鈕

，調用“創(chuàng)建工序”對話框，工序子類型選擇“帶邊界面銑”按鈕

。“帶邊界面銑”父項設置如圖3-2-11所示。單擊“確定”按鈕，進入“面銑”對話框。圖3-2-11帶邊界面銑操作父項7）定義“帶邊界面銑”操作邊界。使用“指定面邊界”按鈕

，調用“毛坯邊界”對話框，對話框中“選擇方法”選項選擇“曲線”。在繪圖區(qū)選擇如圖3-2-12所示四條直線

。選擇“毛坯邊界”對話框“邊界”選項組中“平面”選項后的“指定”選項，對話框出現“指定平面”選項，定義邊界所在平面距離XY平面22mm。圖3-2-12指定面邊界8）設定刀軸方向。在“面銑”對話框中展開“刀軸”選項組。在“軸”后的選項列表中選擇“+ZM軸”。9）指定切削模式、步距和切深。將“面銑”對話框中“刀軌設置”選項組下各選項設置如圖3-2-13所示。圖3-2-13刀軌設置溫馨提示：可以調整毛坯距離、每刀切削深度及毛坯邊界和XY平面的距離，觀察切削層和這三者之間的關系。10）指定進刀方式和退刀方式。單擊“面銑”對話框中“非切削參數”按鈕

，系統(tǒng)彈出“非切削移動”對話框。在“進刀”標簽頁“封閉區(qū)域”選項組“進刀類型”列表中選擇“與開放區(qū)域相同”?！伴_放區(qū)域”選項組“進刀類型”列表中選擇“線性-沿矢量”，對話框出現“指定矢量”選項，在矢量列表中選擇“-ZC”。溫馨提示：調整“進刀”選項卡“開放區(qū)域”下“長度”和“高度”值，總結“安全高度”、“長度”和“高度”三個參數之間的關系。調整不同的進刀方式，觀察各種進刀方式的刀軌特點。打開“退刀”標簽頁，“退刀類型”選項列表中選擇“與進刀相同”后，完成“非切削運動”的設置，單擊“確定”返回“面銑”對話框。11）主軸轉速和進給速度。單擊“面銑”對話框中“進給率和速度”工具

，系統(tǒng)彈出“進給率和速度”對話框。設定“主軸速度（rpm）”為“2000”。設定“切削”為“800mmpm”后，單擊“切削”選項后的計算按鈕

，系統(tǒng)自動計算刀具表面速度和每齒進給量，單擊“確定”返回“面銑”對話框。12）生成刀具軌跡。單擊“操作”選項組下“生成”按鈕

，生成“面銑”刀具軌跡，如圖a）所示。13）仿真加工過程。仿真結果如圖b）所示。a）“帶邊界面銑”刀具軌跡b）“帶邊界面銑”仿真結果圖3-2-14生成刀具軌跡并仿真14）創(chuàng)建“平面銑（PLANAR_MILL）”操作。使用“創(chuàng)建工序”工具按鈕

，調用“創(chuàng)建工序”對話框，工序子類型選擇“平面銑”按鈕

。其它父項選擇和上一步“面銑（FACE_MILLING）”相同，如圖3-2-15所示。圖3-2-15平面銑操作父項15）指定部件邊界。在“平面銑”對話框中單擊“創(chuàng)建部件邊界”按鈕

，系統(tǒng)彈出“部件邊界”對話框?！斑x擇方法”選擇“曲線”，系統(tǒng)彈出“部件邊界”對話框?！斑吔珙愋汀边x擇“封閉的”，“刀具側”使用默認選項，“平面”選擇“指定”，“部件邊界”對話框發(fā)生變化如圖a）。定義邊界平面距離系統(tǒng)坐標系XY平面22mm。選擇如圖b）所示相切曲線，創(chuàng)建出部件邊界。單擊“確定”按鈕返回“平面銑”對話框

。圖a）部件邊界對話圖b）邊界曲線圖3-2-16部件邊界16）指定毛坯邊界。在“平面銑”對話框中單擊“創(chuàng)建毛坯邊界”按鈕

，系統(tǒng)彈出“毛坯邊界”對話框?！斑x擇方法”選擇“曲線”，系統(tǒng)彈出“毛坯邊界”對話框?！斑吔珙愋汀边x擇“封閉的”，“刀具側”使用默認選項，“平面”選擇“指定”，“毛坯邊界”對話框發(fā)生變化，如圖a）。定義邊界平面距離系統(tǒng)坐標系XY平面22mm。選擇如圖b）所示相連曲線，創(chuàng)建出毛坯邊界。單擊“確定”按鈕返回“平面銑”對話框

。圖a）毛坯邊界對話圖b）邊界曲線圖3-2-17邊界定義17）指定底面。在“平面銑”對話框中單擊“指定底面”按鈕

，系統(tǒng)彈出“平面”對話框。指定底平面距離系統(tǒng)坐標系XY平面14mm，單擊“確定”按鈕返回“平面銑”對話框

。18）指定刀軸為“+ZM”軸、切削模式為“跟隨部件”、步距為60%刀具直徑，設定過程參考步驟8）。19）指定切削層深度。在“平面銑”對話框中單擊“切削層”按鈕

，系統(tǒng)“切削層”對話框。設定“每刀切削深度”?！邦愋汀边x項選為“恒定”，“每刀切削深度”選項組“公共”選項設為3mm，單擊“確定”按鈕返回“平面銑”對話框。20）設定非切削移動參數。非切削參數設置如表所示。21）設定進給率和速度。設定過程參考步驟11）“帶邊界面銑”操作進給率和速度設定方法。設定轉速為“2000rmp”，進給率為“800mmpm”。22）生成刀具軌跡。在“平面銑”對話框中單擊“操作”選項組下“生成”按鈕

生成“平面銑”刀具軌跡。如圖所示。序號參數名稱參數值序號參數