UG NX 12.0三维建模及自动编程项目教程 课件 任务4.2 防护盖加工编程

03020104防护盖零件是一个典型的多面加工的零件，而且多面的结构互相关联，选择不同的加工顺序，不仅影响加工的效率，而且会导致对模型进行不同的处理方案。通过防护盖加工编程任务学习，掌握多面加工零件在编程过程的处理原则和方法，学习深度轮廓铣操作参数的含义及用法。养成在编程过程合理分析任务特点，灵活处理复杂问题，与企业生产流程、生产标准相一致，达到学以致用的目标。如图4-2-1所示防护盖零件，材料为6061，其外形尺寸为99.58mm×51.65mm×43.25mm，毛坯为100mm×52mm×44mm的方料，要求进行零件粗加工、半精加工和精加工编程。

图4-2-1防护盖模型（1）知识目标模型处理的基本方法和原则。深度轮廓铣的概念和操作参数。（2）技能目标会合理进行模型加工前的分析和处理。掌握使用型腔铣进行二次开粗的方法。掌握使用深度轮廓进行半精加工和精加工的方法。培养学生运用数控加工相关标准，准确把握零件图纸要求，正确分析被加工部位的结构特点，结合数控加工工艺和数控编程知识，制定多面加工工艺流程，合理使用UGNX12.0造型工具，根据加工需要对模型进行合理处理，能使用型腔铣、拐角粗加工、深度轮廓铣等操作方法完成防护盖零件加工刀路的生成和验证。养成精益求精，勇于创新的工匠精神。深度轮廓铣是一种特殊的型腔铣操作，属于固定轴铣范畴。它使用多个切削层来加工零件表面轮廓。在深度轮廓铣操作中，除了可指定部件几何体外，还可以指定切削区域限制切削范围；如果没有指定切削区域几何体，则系统对整个部件进行切削。在创建深度轮廓铣刀具路径时，系统会自动追踪部件几何体和检查几何体的陡峭区域，识别要加工的切削区域，并在所有切削层上生成不过切的刀具路径。深度轮廓铣操作一般用于陡峭区域精加工，半精加工。它的一个关键特征就是可以指定陡峭角度，通过陡峭角度把整个部件几何分成陡峭区域和平坦区域，可以只加工零件上的陡峭区域，平坦区域则一般使用固定轴区域轮廓铣进行加工。（1）深度轮廓铣概述选择“创建工序”工具按钮

，系统弹出“创建工序”对话框，在类型选择列表中选择“mill_contour”选项，工序子类型列表出现“深度轮廓铣”工具按钮

。单击“深度轮廓铣”工具按钮激活命令后，系统弹出“深度轮廓铣”对话框，如图4-2-2所示。（2）深度轮廓铣操作激活方法

图4-2-2深度轮廓铣对话框选择陡峭角就是刀具轴和接触点的法线方向之间的夹角，如图a）所示，陡峭区域是指部件的陡峭角大于指定“陡峭角”的区域。将“陡峭角”切换为“开”时，只在陡峭角大于或等于指定“陡峭角”的部件区域进行切削，如图b）所示。将“陡峭角”切换为“关”时，系统会对部件所有切削区域进行加工。如图c）所示。设置陡峭角需要在“深度轮廓铣”对话框“刀轨设置”选项组下，将“陡峭空间范围”选项设为“仅陡峭”。此时，系统会在“深度轮廓铣”对话框中显示“角度”选项，进行陡峭角的设置。（3）深度轮廓铣参数——陡峭角a)70°陡峭角

b）陡峭角“开”

c）陡峭角“关”

图4-2-3陡峭角层到层选项在“切削参数”对话框“连接”选项卡下，可以控制深度轮廓铣在所有切削层无须抬刀至安全平面，使切削过程更加高效。层到层选项有“使用转换方法”、“直接对部件”、“沿部件斜进刀”和“沿部件交叉斜进刀”四个选项。1）使用转换方法。刀具在切削层之间转移使用在“进刀/退刀”选项卡中所指定的方式。2）直接对部件。刀具在切削完一个切削层后，直接在零件表面直线运动切削到下一层，消除了不必要的内部退刀。大大减少刀具非切削运动的时间，可以有效提高加工效率。3）沿部件斜进刀。刀具在切削完一个切削层后，在零件表面上以斜线切削到下一层，这种方式，刀具具有更稳定的切削深度和残料高度。4）沿部件交叉进刀。和“沿部件斜进刀”相似，它们的区别如图所示。（4）深度轮廓铣参数——层到层a)使用转换方法b）直接对部件

c）沿部件斜进刀d）沿部件交叉进刀

图4-2-4层到层如果在深度轮廓铣的相邻两层刀具轨迹间存在较大平坦区域时，控制是否在该区域插入刀具轨迹时使用“在层之间切削”选项。如果不选中该选项，系统在部件系统会在部件的陡峭区域使用深度轮廓铣生成刀具轨迹，在非陡峭区域不生成刀具轨迹，如图a）所示；如果选中该选项，系统在部件的陡峭区域使用深度轮廓铣生成刀具轨迹，在非陡峭区域使用区域轮廓铣生成刀具轨迹，如图b）所示。该选项位于“切削参数”对话框“连接”选项卡。（5）深度轮廓铣参数——在层之间切削a)未选中“在层之间切削”选项b）选中“在层之间切削”选项

图4-2-5在层之间切削如果选中“在层之间切削”选项，对话框会多出“步距”选项，控制在平坦区域相邻刀具轨迹之间的距离，控制方法有“使用切削深度”、“恒定”、“残余高度”、“刀具直径百分比”四个选项，具体含义如图所示。（6）深度轮廓铣参数——在层之间切削a)“使用切削深度”

b)“恒定”

c)“残料高度”

d）“刀具直径百分比”

图4-2-6在层之间切削—步距“切削层”对话框“范围类型”选择“单个”，对话框中出现“临界深度顶面切削”选项。临界深度顶面切削影响深度轮廓铣的间隙区域，如图4-2-7所示，为临界深度顶面切削将单个间隙区域分成了两个区域。（6）深度轮廓铣参数——临界深度顶面切削

图4-2-7临界深度顶面切削在自动编程中，技术人员一般拿到的模型是最终加工完成后的数字模型，如果直接在该模型的基础上进行编程，那么使用生成的刀具轨迹加工，所得到的中间结果会和实际企业加工的结果有较大出入。因此，为了得到满意的刀具轨迹和加工结果，编程人员必须对模型进行适当的处理。模型处理必须满足加工的精度要求；模型处理必须使得创建的刀具轨迹满足加工工艺的需要；模型处理的结果必须能够生成光顺、高效的刀具轨迹；使用处理过的模型生成的刀具轨迹加工零件，最终的结果必须和零件最初模型结构完全一致。（1）模型处理的原则原则上讲，如果可以满足模型处理要求，可以使用UGNX软件中的任何一种方法和工具，但一般情况下在原始模型基础上使用各种工具填补上操作需要规避的区域或者专门建立和规避区域形状相同的实体和片体。1）填补规避区域法如图a）所示的区域1在零件上部各面加工完成后加工沉孔时产生的，所以在生成上部加工刀路时，需要进行模型处理。合理的模型如图b）右图所示。（2）模型处理的方法a）需填补的沉孔b）填补后的模型

图4-2-8填补孔2）另建模型法如图a）所示区域，如果首先加工的是零件的上端各面，则此时区域内的面是不存在的，所以生成刀路之前需要进行模型处理。可以使用另外生成实体模型的方法进行填补，结果如图b）所示，（2）模型处理的方法a）需填补的孔b）填补后的模型

图4-2-9创建填补模型自动编程使用的模型处理过程千变万化，但基本流程是一致的，基本上都是根据加工工艺的需要进行处理，一般按照以下的步骤进行。1）设计工艺流程，确定需要处理的面零件加工的工艺流程不同，要求处理的结果可能不尽相同，所以处理模型时要考虑零件可能使用的加工方法，加工设备等。如果零件需要使用多个设备进行加工编程时，一般一个设备使用一个部件几何。而为其中某一个设备编程时，则以编程方便，加工高效，便于保证加工精度，又能方便后续设备编程为原则，确定需要处理的面。如图4-2-10所示塑料模嵌件，冷水道孔、顶杆孔需要在专门的钻床上加工，所以铣削加工时可以把这些孔删掉，加快刀路的计算速度。四个侧面为了保证加工时不出现欠切现象，把四个面向外偏移1mm，还有铣床加工不到需要电火花加工，线切割加工的部位需要进行一定的处理和简化。（2）模型处理的流程图4-2-10删除面后的模型2）对原模型进行备份处理模型时，一定要保证加工的结果符合产品要求，而产品的原始模型就是结果的衡量依据，所以处理模型时，必须在模型的备份上进行，而原始模型不能变动。3）构想处理完成后要达到的目标同一个模型，不同的编程技术人员进行编程，处理的方法和结果各不相同，但只要能保证加工的结果符合要求，并且加工高效，处理方便即可。所以在处理前一定要有一个预设的结果，才能更快的确定处理方法。4）使用熟悉的工具处理模型加工模型的处理方法多样，但由于编程时获得的模型是非参数话的，所以使用同步建模工具最为常见。分析零件的极限尺寸：X方向极限尺寸99.58mm，Y方向极限尺寸51.65mm，Z方向极限尺寸43.25mm，所有凹圆角半径为R5mm。根据零件的形状特点，需要进行三个方向加工，三次装夹。为加工装夹、编程方便等方面考虑，按如图所示顺序进行加工。零件中的曲面均可以采用三轴数控铣床进行加工，这些曲面基本为陡峭面，可采用深度轮廓铣进行这些面的半精加工及精加工。孔放在最后加工。（1）零件图纸工艺分析图4-2-11防护盖工艺分析1）第一面加工使用平面铣进行圆柱形腔粗加工。使用平面轮廓铣进行圆柱腔侧面精加工，加工结果如图a）所示。2）第二面加工使用型腔铣进行外侧面粗加工。使用型腔铣进行内腔粗加工。使用型腔铣进行内腔半精加工。使用平面轮廓铣进行外侧面精加工。使用底壁铣进行内腔底面精加工。使用深度轮廓铣进行内腔侧面精加工，加工结果如图b）所示。（2）零件加工工艺方案编排——参考图a）

第一面加工图b）

第二面加工图4-2-12第一面和第二面加工结果3）第三面加工使用型腔铣进行右侧面粗加工。使用型腔铣进行左侧面粗加工。使用平面铣进行平面精加工。使用深度轮廓铣进行右侧面精加工。使用深度轮廓铣进行左侧面精加工。如图a）所示。4）孔加工使用中心钻操作打中心孔。使用钻孔操作进行通孔加工。使用扩孔操作进行台阶孔加工，加工结果如图b）所示。（2）零件加工工艺方案编排——参考图a）

第三面加工图b）

孔加工图4-2-13第三面和孔加工结果通过熟悉防护盖的任务描述，工艺分析，参考工艺过程，结合专业知识，完善防护盖工艺方案，填写工艺方案表，工艺方案表如表4-2-1所示。（3）零件加工工艺方案编排——学生姓

名

班

级

学

号

零

件

名

称

材

料

夹

具

最

小

凹

圆

角

最大切削深度

机

床

序

号工序名称刀具刀具伸出长度切削速度进给率操作名称1

2

3

4

5

表4-2-1加工工艺方案—学生1）打开文件4-2.prt，并对模型进行分析和处理。使用上边框条中“复制至图层”工具按钮

将被加工模型复制到图层10。使用快捷键Ctrl+L打开图层设置对话框，将工作图层设为图层10，并关闭图层1。使用同步建模“删除面”工具按钮

将模型中的孔填补上，结果如图a）所示。使用拉伸、面修剪、边圆角等工具创建右侧圆柱腔填补体，结果如图b）所示。使用包容体和同步建模工具创建毛坯几何体，毛坯几何体参考尺寸为100×52×44。（1）任务实施操作步骤——参考图a）

填补孔图b）

填补体图c）

毛坯图4-2-14模型处理2）进行环境设置使用默认设置转入加工应用模块。调整Workpiece与MCS_MILL的关系。将工序导航器转入几何视图，并调整Workpiece与MCS_MILL的父子关系，最终使得Workpiece为父特征，MCS_MILL为子特征。将MC_MILLS改名为MCS1。定义Workpiece。双击Workpiece，系统弹出工件对话框，指定长方体为毛坯几何，零件模型为部件几何。（续上）定义MCS1。将MCS1坐标系原点定义到毛坯顶面中心，安全平面距离毛坯顶面20mm，结果如图a）所示。定义MCS2和MCS3。将MCS1在Workpiece下复制两个，分别重命名为MCS2、MCS3。将MCS2原点定义到毛坯后面中心，结果如图b）所示。MCS3原点定义到毛坯底面中心，安全平面分别距离后面和底面20mm，结果如图c）所示。图a）MCS1方位

图b）MCS2方位

图c）MCS3方位图4-2-15模型处理（续上）在MCS1下创建WORKPIECE1，将实体“体（1）”和圆柱腔修补体指定为部件几何，不指定毛坯几何。在MCS1下创建WORKPIECE2，将产品原始模型“体（0）”指定为部件几何，不指定毛坯几何，结果如图4-2-16所示。图4-2-16工序导航器-几何视图3）创建刀具。将工序导航器转入机床视图，创建刀具参数如表4-2-2所示。结果如图4-2-17所示。图4-2-17工序导航器-机床视图序号名称刀具类型|子类型直径下半径刃长长度1D16MILL16R0401052D10MILL10R030753D10R5MILL10R530754D8R4MILL8R420505Z10.8钻头10.8

70100表4-2-2刀具参数4）创建程序组。将工序导航器转入程序顺序视图，创建程序组OP01、OP02、OP03。结果如图4-2-18所示。图4-2-18工序导航器-程序顺序视图5）使用刀具D16创建平面铣操作进行圆柱腔粗加工。使用“几何体”工具栏中“圆弧/圆”工具按钮

绘制如图a）所示圆。创建平面铣操作进行圆柱腔粗加工，平面铣父项如图b）所示，操作名称为“圆柱腔粗加工”，平面铣参数按照表4-2-3所示设置，边界定义如图c）所示，生成刀具轨迹如图d）所示，仿真结果如图e）所示。图a）

边界圆图b）操作父项

图c）边界定义d）刀具轨迹

图e）

仿真结果序号参数名称参数值序号参数名称参数值1加工方法平面铣7部件余量0.32切削模式跟随周边8底面余量0.123步距72%刀具直径9封闭区域进刀螺旋（90%、5°、3、前一层、0、10%）4切深110区域内转移方式进刀/退刀5刀路方向向外11转速2000rpm6岛清理选中、无12进给1000mmpm表4-2-3平面铣切削参数图4-2-19创建平面铣6）使用刀具D16创建平面铣操作进行圆柱腔精加工。复制步骤5）圆柱腔粗加工，名称改为圆柱腔精加工，方法父项改为MILL_FINISH，切削参数修改如表4-2-4所示，生成的刀具轨迹如图a）所示，仿真加工结果如图b）所示。图a）

平面铣刀具轨迹

图b）

平面铣l仿真结果序号参数名称参数值序号参数名称参数值1加工方法平面铣7区域内转移方式进刀/退刀2切削模式轮廓8区域内转移类型直接3切深69开放区域进刀圆弧（7、45°、1、修剪/延伸、50%）4部件余量010转速2500rpm5底面余量011进给900mmpm6封闭区域进刀与开放区域相同12

表4-2-4精加工平面铣切削参数图4-2-20圆柱腔精加工7）使用D16刀具创建型腔铣对第二面外侧进行粗加工。在建模环境中，在零件底面创建如图a）所示草图1。创建型腔铣操作，操作父项如图b）所示，操作名称为第二面外侧粗加工，参数设置如表4-2-5所示，修剪边界选择草图1（图a）），刀具侧为内侧。生成刀具轨迹如图c）所示，加工仿真结果如图d）所示。图a）草图

图b）操作父项图c）刀具轨迹图d）仿真结果序号参数名称参数值序号参数名称参数值1加工方法型腔铣7余量0.52修剪边界草图1（内侧）8开放区域进刀类型线性（60%、0、0、1、修剪与延伸、50%）3切削模式跟随部件9转速2000rpm4步距65%刀具直径10进给1000mmpm5切深211进刀速度50%进给速度6切削层范围3512第一刀切削60%进给速度表4-2-5第二面型腔铣切削参数图4-2-21第二面外侧粗加工8）使用D16刀具创建轮廓铣对第二面外侧进行精加工。复制步骤6）圆柱腔精加工操作，将程序父项改为OP2，几何体父项改为MCS3。部件边界，毛坯边界，底平面设置如图a）所示。生成刀具轨迹如图b）所示，仿真结果如图c）所示。

图a）

边界定义图b）刀具轨迹

图c）仿真结果

图4-2-22第二面外侧精加工9）使用D16刀具创建型腔铣对第二面内腔进行粗加工。复制步骤7）创建的第二面外侧粗加工操作。操作名称改为第二面内腔粗加工，修剪边界的修剪侧改为外侧，范围深度改为39.25mm。刀具轨迹如图a）所示，仿真结果如图b）所示。图a）

刀具轨迹

图b）仿真结果图4-2-23第二面内侧粗加工10）使用D10刀具创建型腔铣对第二面内腔进行半精加工。复制步骤9）创建的第二面内腔粗加工操作。操作名称改为第二面内腔进行半精加工，刀具改为D10，切削模式改为跟随周边，切深改为1mm，余量改为0.25mm，过程工件改为使用3D，转速改为4000rpm，进给1800mmpm。刀具轨迹如图所示a）所示，仿真结果如图b）所示。图a）

刀具轨迹

图b）仿真结果图4-2-24第二面内侧半精加工11）使用D10刀具底壁铣操作进行第二面内腔底面精加工。创建底壁铣操作，操作父项如图a）所示，操作名称为第二面内腔底面精加工。切削区域底面选择如图b）所示平面，操作参数如表4-2-6所示。参考刀具轨迹如图c）所示，仿真结果如图d）所示。图a）操作父项b）

铣削区域底面图c）刀具轨迹

图c）仿真结果序号参数名称参数值序号参数名称参数值1加工方法底壁铣5切削区域空间范围底面2切削模式跟随周边6余量03底面毛坯厚度0.57开放区域进刀类型线性（3、0、0、3、3）4切削步距50%刀具直径8转速/进给5000rpm/2000mmpm表4-2-6第二面内腔底面精加工切削参数图4-2-25第二面内侧底面精加工12）使用刀具D10R5创建深度轮廓铣操作进行第二面内腔精加工。创建深度轮廓铣操作，除刀具使用D10R5外，其它父项和步骤10）相同，操作名称为第二面内腔侧面精加工。切削区域选择如图a）所示，切削参数设置如表4-2-7所示，生成刀具轨迹如图b）所示，仿真结果如图c）所示。图a）

切削区域图b）刀具轨迹

图c）仿真结果序号参数名称参数值序号参数名称参数值1加工方法深度轮廓铣7余量02陡峭范围无8层到层直接对部件进刀3切深0.159开放区域进刀类型圆弧（50%，45°，1，50%）4切削层范围39.2510转速3500rpm5切削方向混合11进给2000mmpm6切削顺序深度优先12

表4-2-7第二面内腔精加工切削参数图4-2-26第二面内侧精加工13）使用刀具D16创建型腔铣操作对第三面进行粗加工。将步骤9）创建的第二面内腔粗加工操作复制到WORKPIECE1下。程序组父项改为OP3，操作名称改为第三面粗加工。取消选择修剪边界，切削模式改为跟随部件，切削深度范围改为36mm。生成刀具轨迹如图a）所示，仿真结果如图b）所示。图a）

刀具轨迹

图b）仿真结果图4-2-27第三面粗加工14）使用刀具D10创建面铣进行第三面平面精加工。将步骤11）产生的刀具轨迹复制WORKPIECE1下。程序组父项改为OP3，操作改名为第三面平面精加工。选择如图a）所示平面作为切削区域底面，生成刀具轨迹如图b）所示，仿真结果如图c）所示。图a）

切削区域底面图b）刀具轨迹

图c）仿真结果图4-2-28第三面平面精加工15）使用D10R5创建深度轮廓铣进行第三面曲面精加工。将步骤12）创建的第二面内腔侧面精加工刀具轨迹复制到WORKPIECE1下。程序组父项改为OP3，操作改名为第三面曲面精加工。切削区域修改为如图a）所示曲面，生成刀具轨迹如图b）所示，仿真结果如图c）所示。图a）

切削区域图b）刀具轨迹

图c）仿真结果图4-2-29第三面曲面精加工16）