UG NX 12.0三维建模及自动编程项目教程 课件 任务4.4 航空模型连接件加工编程

03020104如图4-4-1所示航空模型连接件，材料为尼龙，要求对零件的所有结构进行数控加工编程。航空模型连接件是典型的结构零件，零件可以采用上下两面进行加工，零件中的薄壁结构给装夹定位加工带来一定的困难。

图4-4-1航空模型连接件模型（1）知识目标固定轮廓铣典型参数。工艺答子。（2）技能目标能根据工艺需要合理使用固定轴轮廓铣的典型参数。能根据零件的形状合理设计工艺答子。培养学生运用数控加工相关标准，准确把握零件图纸要求，正确分析航空连接件被加工面的结构特点，结合数控加工工艺和数控编程知识，制定加工工艺流程，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，能使用底壁铣、型腔铣、深度轮廓铣、固定轮廓铣等操作方法完成航空连接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。“在边上延伸”选项位于“切削参数”对话框“策略”选项卡“延伸路径”选项组下，该选项主要用于加工部件周围的铸件材料，将刀具轨迹沿切削曲面向侧面延伸指定的距离，如图a）和b）所示。如果打开“在边上延伸”复选框，对话框中会多出“距离”输入框，用于控制刀具路径在边上延伸的距离，可以用刀具直径百分比和毫米两种方式给定。（1）在边上延伸a）关闭“在边上延伸”选项b）打开“在边上延伸”选项

图4-4-2在边上延伸“在边上延伸”选项位于“切削参数”对话框，“策略”选项卡“延伸路径”选项组下，控制当刀具跨越零件内部的凸边边缘时，避免始终压住凸边缘。选中这个复选项，系统自动会让刀具从部件上抬起少许，而不用执行“退刀/转移/进刀”运动，此抬起动作将输出为切削运动，如图a）、b）所示。（2）在凸角上延伸a）未选中“在凸角上延伸”选项b）选中“在凸角上延伸”

图4-4-3在凸角上延伸“在边上延伸”选项位于“切削参数”对话框，“策略”选项卡“延伸路径”选项组下，用于控制当驱动路径延伸到切削区域之外时产生的刀具轨迹。选中该选项时，刀具轨迹延伸超出切削区域边缘时，刀具尝试生成滚动轨迹，同时保持与部件表面的接触，如图a）、b）所示。（3）在边上滚动刀具a）未选中“移除边缘跟踪”b）选中“移除边缘跟踪”

图4-4-4移除边缘跟踪“切削参数”对话框中“多刀路”选项卡用于控制多层切削，逐层切削递进的方式，有“部件余量偏置”和“多重深度切削”两个选项。“部件余量偏置”设置总余量，“多重深度切削”控制相邻两层刀路之间的距离和多刀路的层数，如图4-4-5所示。（4）多刀路

图4-4-5多刀路

“切削步长”选项位于“切削参数”对话框，“更多”选项卡下，用于控制切削方向上刀具在零件几何上的相邻定位点之间的直线距离。最大步长值太大时，生成的驱动点不够，小特征被忽略，造成过切，如图4-4-6所示。指定的切削步长值应大于零件内外公差值。（5）切削步长

图4-4-6切削步长

在机械加工时，经常会碰到异型零件，为了方便这些零件加工时装夹，工艺人员会使用专用夹具或在零件上添加部分工艺性结构，这些工艺人员添加的便于工件加工时裝夹定位和夹紧而设计的工艺结构就称作为工艺答子。（1）工艺答子概述（2）工艺答子的形式工艺答子根据被加工零件的结构不同需求，有多种形式，常见的有凸台型、落料型、装配型等，如图4-4-7所示。a）汽车门把手——凸台型

b）肥皂盒盖——落料型

c）电动起子外壳——装配型

图4-4-7工艺搭子机械加工过程中，工艺答子一般用于单件小批量产品的试制，特点是可以省去设计制造专用夹具，能基本保证加工的质量和结构要求，缺点是在一定程度上降低了生产的效率，多数会增加后续的钳工处理过程，容易降低产品的外观质量。为了减少工艺答子对产品最终生产结果的影响，可以从产品的结构，工艺答子的位置，形状等方面考虑，具体来讲有以下设计原则：1）工艺答子一般放在不影响使用的地方，如果后续检验等仍需使用的可以保留。如图4-152所示为2015年机械产品三维建模与制造赛项赛题连杆，连杆原型如图a），不便于装夹和定位，因此设计增加图b)所示工艺答子，这里的工艺答子既能用于装夹，也可以用于连杆体和连杆盖联接。a）连杆原始模型B）创建工艺答子后模型（2）工艺答子的创建原则

图4-4-8移除边缘跟踪1)“区域铣削”驱动的特点（3）“区域铣削”驱动“区域铣削”驱动方式仅用于固定轮廓铣操作，它通过切削区域来定义固定轮廓铣操作，在该驱动方法中可以指定陡峭限制和修剪边界限制，与边界驱动方式类似，但不需要指定驱动几何体。在允许的情况下，应尽可能使用区域铣削驱动来代替边界驱动。区域驱动中切削区域可以用表面区域、片体或表面来定义，如果不选择切削区域，系统将把已定义的整个部件几何体表面（包括刀具不能到达的区域），作为切削区域。2）工艺答子一般应放在大面或平面上，便于后续去除。如果选在小面或转角面上，取除时容易破坏产品外观，影响质量。3）工艺答子必须保证工件在装夹，加工过程中不变形。4）工艺答子尽量设计成可以通过机械加工方式自动去除的形式

。零件外形不规则，装夹困难，由于是单件生产，故不适合设计专用夹具，故在零件上设计工艺答子。零件的最小凹圆角为2mm。零件大部分的壁厚比较薄，仅1mm。根据零件的形状，零件需要两面加工。（1）零件图纸工艺分析1）正面加工工艺使用面铣操作加工顶面。使用型腔铣操作进行粗加工。使用固定轮廓铣对曲面进行精加工。使用底壁铣进行内腔精加工。使用深度轮廓铣进行内腔槽进行精加工。使用轮廓铣进行外轮廓精加工。（2）零件加工工艺方案编排——参考2）反面加工工艺使用面铣操作加工底面。使用型腔铣操作进行反面粗加工。使用固定轮廓铣对曲面进行精加工。使用底壁铣进行内腔精加工。使用轮廓铣进行外轮廓粗加工2。使用轮廓铣进行外轮廓精加工。使用轮廓铣进行工艺答子加工。通过熟悉航空连接件的工艺分析，可以发现零件的加工的难点有薄壁、小凹圆角、难装夹等难点。试分析教材提供的工艺方案，了解解决这些难点的途径，如果觉得原始方案需要改进，请规划优化工艺方案，并填写航空连接件的工艺方案卡，工艺方案卡如表4-4-1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4-4-1加工工艺方案—学生1）打开文件4-4.prt。2）创建工艺答子。将模型“体（0）”复制到10层，“体（1）”移动到9层。将10层改为工作图层，隐藏1层，显示9层。参考如图4-4-9建立工艺凸台。（1）任务实施操作步骤——参考图4-4-9工艺答子3）进行加工前环境设置进入加工环境，加工模板设定为“mill_contour”。调整WORKPIECE和MCS_MILL的父子关系，将WORKPIECE变成MCS_MILL的父特征。定义WORKPIECE。选择创建了工艺答子的模型为部件几何，“体（1）”为毛坯几何。在WORKPIECE节点下定义正面加工坐标系ZM_MCS，如图a）所示。在WORKPIECE节点下定义反面加工坐标系FM_MCS，如图b）所示。在程序组PROGRAM节点下创建程序组ZM_NC和FM_NC。图a）正面加工坐标系图b）反面加工坐标系图4-4-10加工坐标系（续上）创建刀具，参数如表4-4-2所示：序号名称刀具类型|子类型直

径下半径刃长长

度1D12MILL12R050752D10MILL10R050753D6MILL6R030504D6R3MILL6R330505D4MILL4R02050

表4-4-2刀具参数4）使用刀具D12创建面铣操作加工顶面。按图a）所示设置操作父项，按如图b）所示定义如图所示边界，且将刀具侧设为内侧;按表4-4-3设置操作参数，生成刀具轨迹如图c）所示。

a）操作父项b）面铣边界c）

仿真结果序号参数名称参数值序号参数名称参

数

值1加工方法面铣7与XC的夹角902刀轴+ZM8刀具延展量50%3切削模式往复9封闭区域进刀类型与开放区域相同4步距60%10开放区域进刀类型线性（50%、0、0、3、50%）5毛坯距离111转速/进给5000rpm/2000mmpm6切削深度0.012

表4-4-3面铣工序切削参数图4-4-11面铣工序5）使用刀具D6创建型腔铣ZM_CAVITY进行正面粗加工。按图a）所示设置型腔铣父项，按表4-4-4所示设置切削参数。按图所示b）定义切削范围，生成的刀具轨迹如图c）所示。

a）操作父项b）切削范围c）

仿真结果序号参数名称参数值序号参数名称参

数

值1加工方法型腔铣9底面余量0.502切削模式跟随部件10所有刀路光顺半径无3步距60%刀具直径11封闭区域进刀螺旋（70%，5，1，前一层，0,50%）4开放刀路变换切削方向12区域内转移方式进刀/退刀5切深213区域内转移类型前一平面，16切削层范围-1.19~-11.9314转速6000rpm7切削顺序深度优先15进给2000mmpm8侧壁余量116第一刀切削进给50%

表4-4-4型腔铣工序切削参数图4-4-12型腔铣工序6）使用刀具D6创建平面轮廓铣PLANAR_PROFILE进行后侧U形槽壁精加工。按图a）所示设置操作父项，按表4-4-5设置操作参数。按图b）选择部件边界，生成刀具轨迹如图c）所示。

a）操作父项b）部件边界c）

刀具轨迹

序号参数名称参数值序号参数名称参数值1加工方法平面轮廓铣6余量02部件余量07开放区域进刀线性（50%、0、0、3）3每刀切深28区域间转移方式安全距离—刀轴4切削方向混合9转速6000rpm5切削顺序深度优先10进给2000mmpm

表4-4-5平面轮廓铣工序切削参数图4-4-13平面轮廓铣工序17）使用刀具D6创建平面轮廓铣PLANAR_PROFILE_1进行正面前侧U形槽壁精加工。操作父项和切削参数同步骤5）。部件边界如图a）所示，生成刀具轨迹如图b）所示。

a）部件边界b）

刀具轨迹

序号参数名称参数值序号参数名称参数值1加工方法平面轮廓铣6余量02部件余量07开放区域进刀线性（50%、0、0、3）3每刀切深28区域间转移方式安全距离—刀轴4切削方向混合9转速6000rpm5切削顺序深度优先10进给2000mmpm

表4-4-6平面轮廓铣工序切削参数图4-4-14平面轮廓铣工序28）使用刀具D6R3创建固定轮廓铣操作进行正面后侧U型槽曲面精加工。操作父项如图a）所示，切削参数如表4-4-7所示。切削区域和生成的刀具轨迹如图b）所示。

a）操作父项b）切削区域与刀轨序号参数名称参

数

值序号参数名称参

数

值1加工方法固定轮廓铣7余量02驱动方法区域铣削8开放区域进刀线性3切削模式往复9进刀位置距离4步距残余高度（0.01）10进刀长度05步距已应用在部件上11在边上延伸1.16切削角012转速/进给4000rpm/1000mmpm

表4-4-7固定轮廓铣工序切削参数图4-4-15固定轮廓铣工序19）使用刀具D6R3创建固定轮廓铣操作进行正面前侧U型槽曲面精加工。操作父项如图a）所示，切削参数如表4-4-8所示。切削区域和生成的刀具轨迹如图b）所示。

a）操作父项b）切削区域与刀轨序号参数名称参

数

值序号参数名称参

数

值1加工方法固定轮廓铣7余量02驱动方法区域铣削8开放区域进刀线性3切削模式往复9进刀位置距离4步距残余高度（0.01）10进刀长度50%5步距已应用在部件上11在边上延伸1.16切削角012转速/进给4000rpm/1000mmpm

表4-4-8固定轮廓铣工序切削参数图4-4-16固定轮廓铣工序210）使用刀具D6R3创建固定轮廓铣操作进行正面右侧曲面及右侧凸耳曲面精加工。操作父项如图a）所示，切削参数如右表所示（右侧曲面切削角0，右侧凸耳切削角90）。切削区域和生成的刀具轨迹如图b）所示。

a）操作父项b）右侧曲面切削区域与刀轨c）右侧凸耳切削区域与刀轨序号参数名称参

数

值序号参数名称参

数

值1加工方法固定轮廓铣7余量02驱动方法区域铣削8开放区域进刀线性3陡峭空间方法无9进刀位置距离4切削模式往复10进刀长度05步距残余高度（0.01）11在边上延伸1.16步距已应用在平面上12转速/进给4000rpm/1000mmpm

表4-4-9固定轮廓铣工序切削参数图4-4-17固定轮廓铣工序311）使用刀具D4创建底壁铣FLOOR_WALL进行内腔的壁和底精加工。底壁铣的父项如图a）所示，切削参数如表4-4-10所示。切削区域如图b），生成的刀具轨迹如图c）所示。图a）底壁铣父项

图b）切削区域

图c）刀具轨迹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9壁毛坯厚度0.52自动壁选中10刀路方向向外3切削空间范围底面11岛清根选中4步距50%12跨空区域-运动类型跟随5切削模式跟随周边13余量06底面毛坯厚度0.514封闭区域进刀型式与开放区域相同7每刀切削深度215开放区域进刀型式圆弧（10%、90°、0.5、3）8将底面延伸至部件轮廓16转速/进给6000rpm/2000mmpm

表4-4-10底壁铣工序切削参数图4-4-18底壁铣工序112）使用刀具D4创建底壁铣FLOOR_WALL_1进行内腔槽加工。底壁铣的父项如图a）所示，切削参数如表4-4-11所示。指定壁几何体为内腔4个槽侧壁面，生成的刀具轨迹如图b）所示。图a）底壁铣父项

图b）刀具轨迹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8每刀切削深度12自动壁不选中9刀路方向向外3切削空间范围底面10岛清根选中4刀轴+ZM轴11跨空区域-运动类型切削5步距50%12余量06切削模式跟随周边13封闭区域进刀型式沿形状斜进刀（5°、1、0、70%）7底面毛坯厚度214转速/进给6000rpm/2000mmpm

表4-4-11底壁铣工序切削参数图4-4-19底壁铣工序213）使用刀具D4创建面铣FACE_MILLING_1进行右侧凸耳顶面精加工。操作的父如图a）所示，切削参数如表4-4-12所示。部件边界如图b）所示，生成的刀具轨迹如图c）所示。图a）操作父项b）

部件边界图c）刀具轨迹序号参数名称参数值序号参数名称参数值1加工方法面铣6余量02切削模式跟随周边7刀路方向向外3步距50%8开放区域进刀线性（50%、0、0、3、50%）4毛坯距离2.59转速

6000rpm5每刀切削深度210进给2