第 4 章表面铣

第4章表面铣 • 表面铣是通过选择平面区域来指定加工范围的一种操作。主要用于要加工区域为平面，表面余量一致的零件。表面铣是平面铣削模板里的一种操作类型。与平面铣相比，它不需要指定底面，加工深度由设置的余量决定。因为设置深度余量是沿刀轴方向计算，所以加工面必须和刀轴垂直否则无法生成刀路，在加工中心上铣模板表面，如图4.1所示。

4.1 平面铣削模板概述 • 平面铣削（mill_planar）模板是在水平切削层上创建刀路轨迹的一种加工类型。它编制的程序用在3轴（或3轴以上）数控铣床，加工中心上面。其中程序的特点是数控机床的任意两轴联动，另外一轴做周期性的运动。

4.1.1 平面铣削对象 • 在UG NX6.0里面，加工零件的对象可以是实体、曲面或线条等数据，其加工区域为平面的零件均可以利用平面铣削来编程加工。 • 说明：如果零件数据类型为实体，软件会自动计算避让，干涉，能减少刀具与零件之间碰撞，过切等。如果是非实体数据最好转为实体数据后再编程加工。

4.1.2 子类型分类 • 在平面铣削（mill_planar）模板里面操作子类型一共是15个，如图4.2所示。当鼠标停留在某个子类型上时，就会出现相应的名称，每个子类型按照图4.2里面的顺序排列，对应的英文图标翻译成中文如表4.1所示。

4.2 表面铣实例 • 现在以图4.3所示零件箱盖为例，已知零件外形尺寸为200×100×18、材料为45﹟钢。毛坯由铸造方法得到，待加工表面余量为1。

4.2.1 加工工艺分析 • 箱盖毛坯切削材料的工步有：铣表面、钻孔、倒角，所有工步都可以在数控机床上一次装夹完成加工。其中本例的加工工步是铣表面。采用的操作是表面铣、切削方式为平行往复式。具体铣表面的加工工艺如下所示。 • 装夹：台虎钳。 • 刀具：直径35圆角半径为2的面铣刀。 • 量具：游标卡尺。 • 切削用量：主轴转速800r/min，进给量600mm/min，切削深度2mm。 • 说明：机械加工工艺过程是一个比较复杂的过程，依工厂具体情况而定。由于本书篇幅有限只能作简单分析，读者可以翻阅机械加工类书籍来参考。

4.2.2 CAM设置 • 箱盖加工采用的操作是表面铣，应该进入的加工环境为平面铣削（mill_planar）模板。具体的步骤如下： • （1）启动NX6.0，打开箱盖零件（光盘\Example\ch4\4.2\xg.prt）。 • （2）单击【开始】|【加工】按钮，进入加工环境，弹出【加工环境】对话框，如图4.4所示。 • （3）单击【CAM会话配置】下拉列表框，选择cam_general；单击【要创建的CAM配置】下拉列表框，选择为mill_planar。 • （4）单击【确定】按钮，进入加工环境界面。

4.2.3 创建几何体 • 进入加工环境，一般先创建几何体作为表面区域铣的父节点。本次操作需要设置的几何体有：机床坐标系（MCS_MILL）和切削几何体（MILL_GEOM）。 • 说明：平面铣削模板初始化后就带有一组几何体，一般情况下只是设置现有的几何体，如果有特殊要求比如多个零件，检查体或几何体误删等才需要创建。 • 箱盖忽略四个角上的螺丝槽就是长方体样式。那么箱盖采用四面分中，上表面对刀来找正机床坐标系比较容易。 • 1．切换几何视图 • 2．坐标系设置 • 箱盖的加工表面为矩形，坐标系最适合的位置为表面中心。 • 3．创建切削几何体 • 切削几何体包含：指定部件（零件）、指定毛坯（加工时的毛坯）和指定检查（使用的夹具）。

4.2.4 创建刀具 • 刀具是任何UG加工操作都必须要创建的父节点。在实际操作当中一把刀可以被一个操作使用，也可以被多个操作使用。本例需要创建一把直径为32圆角半径为2的面铣刀。

4.2.5 创建操作 • 当操作所需要的几何体、刀具都创建以后。创建表面区域铣操作，其主要任务是调用设置好的几何体，刀具等父节点和设置加工的参数。 • （1）切换视图为几何视图。 • （2）右击WORKPIECE按钮，弹出下拉选项框。单击【插入】｜【操作】按钮，弹出【创建操作】对话框，如图4.14所示。 • （3）单击选择表面区域铣图标，操作名称默认。 • （4）单击【刀具】按钮，弹出下拉选项框，切换成D35R2刀具。 • （5）单击【确定】按钮，弹出【面区域铣】对话框，如图4.15所示。

4.2.6 设置几何体 • 操作创建好以后，接下来设置几何体。本操作需要指定切削区域。 • （1）单击指定切削区域图标，弹出【切削区域】对话框，如图4.16所示。 • （2）鼠标移到工作区，单击零件顶面完成选取。 • （3）单击【确定】按钮，完成退出【切削区域】对话框。

4.2.7 刀轨设置 • 刀轨设置的主要作用是设置刀具的运动轨迹和速度，本操作的刀轨设置需要改变的参数有：切削模式和进给和速度。 • （1）单击【刀轨设置】标签，弹出【刀轨设置】选项卡。 • （2）单击【切削模式】按钮，弹出下拉选项框，切换为【往复】模式，如图4.17所示。 • （3）单击【进给和速度】按钮，弹出【进给和速度】对话框。按照图4.18所示输入各参数。 • （4）单击【确定】按钮，完成退出【进给和速度】对话框。

4.2.8 操作 • 操作标签主要是计算出刀具的运动轨迹和刀轨的仿真模拟，其中程序的仿真模拟可参考第13章前置仿真模拟。 • （1）单击【操作】标签，弹出【操作】选项卡。 • （2）单击生成图标，软件将计算出刀具的运动轨迹，如图4.19所示。 • （3）单击【确定】按钮，完成退出【面区域铣】对话框。 • 注意：严格按步骤来就没有问题，如果没有做出图4.19所示的效果，请仔细对照实例里的各个步骤，逐步、仔细地检查调整。

4.3 表面铣共同选项 • 在平面铣或者其他类型模板里，子类型都有很多共同的选项，如图4.20所示。这些选项（刀轴、进给、速度等）的设置过程、参数在每个类型里几乎是一样的。为了方便学习，对比出子类型的区别，这里将集中讲解。

4.3.1 几何体 • 几何体是定义当前操作所需要加工的部件、被加工区域、使用的检查体等，打开几何体选项卡，如图4.21所示。 • 1．几何体 • 2．指定部件 • 3．指定检查体 • 4．指定切削区域 • 5．指定壁几何体

4.3.2 刀具 • 刀具是操作很重要的父节点，如果在【创建操作】对话框有指定刀具，就不需要再设置。在刀具选项卡可以选择、新建和编辑刀具。打开【刀具】标签，刀具的各按钮含义如下： • 选择：单击方法图标，弹出下拉列表框，切换为合适的刀具类型。 • 新建：单击新建图标，进入创建对话框，新建方法参照第2章。 • 编辑：单击编辑图标，进入刀具参数对话框，修改需要改变的参数。

4.3.3 刀轴 • 刀轴即定义机床的主轴方向（刀具的轴心方向）。一般数控机床的主轴是固定的，默认为+ZM轴。在五轴数控机床里面，机床的主轴可以摆动。根据实际加工的需要来调整轴方向。 • 打开【刀轴】下拉选项框，如图4.22所示。共有两项：+ZM轴和指定的矢量。具体内容如下所示。 • +ZM轴：默认不变。 • 指定的矢量：单击轴图标，弹出下来选项框切换为【指定的矢量】按钮。弹出矢量对话框，设置所需要的矢量。

4.3.4 刀轨设置 • 刀轨设置的主要作用是设置刀具的运动轨迹和进给，比如：进退刀的形式、切削参数、加工后的余量等。它是平面操作中参数最重要的一栏，打开【刀轨设置】选项卡，如图4.23所示。刀轨设置一共有10个选项，具体含义如下所示。

4.3.5 切削参数 • 切削参数主要是对刀具切削路线更精确的设置。单击【切削】按钮，弹出进下拉选项框，如图4.29所示。切削参数里面包含：策略、余量、连接、空间范围和更多。一般软件会自动设置好参数，编程人员可以默认不变节省时间和精力。

4.3.6 策略 • 策略指加工路线的大的设置，对加工结果的效果起主导作用。主要是切削角、壁清理和毛坯经常需要设置，其他一般可以默认不变。 • 1．切削方向:设置进给方法和与刀具旋转方向，有顺铣方法还是逆铣方法两种，如图4.30所示。 • 2．切削角:切削角指切削时路线的角度。单击【切削角】按钮弹出下拉选项框，里面一共有3种：自动，用户定义和最长的线。 • 3．壁清理:加工区域完成之后，壁是否要精加工一次。做过清理之后的壁上就没有大量凸起的残料。单击【步进】按钮，弹出下拉选项框。一共有3种：无、在起点和在终点。

4.3.7 余量 • 余量主要用在公差配合里或是为达到某一精度时，要求在操作时留下的加工余量。在UG_CAM里面还有检查余量、毛坯余量等。余量选项卡，如图4.37所示，各按钮含义如下：

4.3.8 非切削运动 • 非切削运动主要是设置进刀退刀的方式、抬刀、避让等，它在切削过程起着辅助切削的作用。往往零件产生过切主要是因为它的设置不恰当造成。非切削运动对话框，如图4.44所示。

4.3.9 进刀 • 刀具切入工件时所走的轨迹样式。它对零件表面质量和选择刀具有很大的影响。特别是封闭的区域，选择刀具不当会造成刀具的损坏。进刀根据区域分为两类：封闭区域和开发区域。 • 单击【进刀类型】按钮弹出下拉选项框，可选择的进刀方法一共有4种：螺旋线、沿形状斜进刀、插铣和无。具体内容如下所示。 • 1．螺旋线进刀 • 2．沿形状斜进刀 • 3．插铣 • 4．无

4.3.10 开始/钻点 • 开始/钻点是对在进刀/退刀更详细的设置。如进退刀的重叠，切削的起点等。单击【开始/钻点】标签，弹出【开始/钻点】选项卡，如图4.48所示。开始/钻点里面有3种方式：重叠距离、区域起点和预钻孔点。

4.3.11 传递/快速 • 传递/快速用于有多个加工区域或者切削路线不连续的情况下，刀具的运动轨迹做相应的变化。如抬刀，避让等。单击【传递/快速】按钮，弹出下拉选项框如图4.54所示。共有3种：安全设置、区域内和区域之间。具体内容如下所示。

4.3.12 进给和速度 • 在零件加工的过程当中，需要提高效率又要保障加工质量。编程人员就要恰当设置机床的切削速度和进给率等。单击【进给和速度】按钮，进入【进给】对话框，如图4.63所示。设置有时候切削速度和进给率并不清楚，可以依靠软件自动计算。具体内容如下： • 方法一：直接输入机床运动的主轴速度和进给率。 • 方法二：自动设置。以表面速度、每齿进给量等，软件自动计算出主轴转速，进给速度等。

4.3.13 操作 • 操作的主要作用是生成、重播刀具的轨迹，以及模拟加工等任务。单击【操作】标签，弹出【操作】选项卡，如图4.66所示。一共有4项：生成、重播、确定和列表。具体内容如下： • 生成：计算出操作的刀具轨迹。 • 重播：重播已计算好的刀具轨迹。 • 确定：模拟加工。 • 列表：输出CLSF格式文件

4.4 NC助理 • NC助理是UG_CAM推出的一个简单、实用的分析工具。它可以分析的数据类型有4种：级别、拐角、圆角和拔摸角。通过它对加工工艺分析（选择刀具、适合的操作类型、加工方法）有很大帮助。

4.4.1 分析类型 • 单击【开始菜单】|【分析】|【NC助理】按钮，弹出【NC助理】对话框，如图4.67所示。单击【分析类型】按钮，弹出下拉列表框。各项含义如下： • 级别：分析零件的水平面和面的高度、确定刀具长度、是否需要加长杆等。 • 拐角：分析轴心在垂直面上的圆角，确定刀具最小直径。 • 圆角：分析轴心在水平面上的圆角，确定刀具圆角半径。 • 拔摸角：分析零件侧壁的倾斜角度，确定操作方法、刀具类型。

4.4.2 分析前设置 • 分析前设置是公差、设置参照、限制等准备工作。只有进行了分析前设置，才能准确无误的进行分析。根据零件的复杂程度，分析前的设置略有不同。具体内容如下所示。 • 参照矢量：用于分析功能所需要的垂直参照方向。 • 参照平面：用于分析的水平参照平面。 • 公差：分析时允许的误差大小。 • 限制：分析时数值的范围。

4.4.3 梅花盘分析实例 • 如图4.69所示为梅花盘零件。零件为圆柱体样式120×20，毛坯为半成品件所有上表面余量为0.5。现要求要加工对零件进行分析。 • （1）启动NX6.0，打开梅花盘零件（光盘\Example\ch4\4.4\nczl.prt）。 • （2）单击【开始】|【加工】选项，进入加工环境。 • （3）单击【菜单栏】|【分析】|【NC助理】选项，进入【分析】对话框。

4.5 梅花盘实例 • 启动NX6.0打开梅花盘零件（光盘\Example\ch4\4.5\mhp.prt），如图4.72所示。在梅花盘实例中，将采用前一节NC助理分析过的数据作为参照，本实例重点是：创建检查体、混合切削模式。

4.5.1 工艺分析 • 零件为圆柱体样式尺寸为120×20，毛坯为半成品件上表面余量为0.5。现要求要加工的工序是精加工上表面。零件为圆柱体样式加工区域较多，夹具要尽量避开加工区域。铣表面的加工工艺如下： • 装夹：专用夹具。 • 刀具：直径12的平铣刀。 • 量具：游标卡尺，刀口尺。 • 切削用量：主轴转速1500r/min，进给量800mm/min，切削深度0.5mm。 • 说明：专用夹具装夹比较复杂，在编程当中只需要考虑刀具和检查体的干涉，专用夹具装夹简化为一螺栓和螺母。

4.5.2 CAM设置 • 本例加工工序为铣表面，梅花盘零件需要设置的是平面铣削模板，具体步骤如下。 • （1）单击【开始】|【加工】按钮，弹出【加工环境】对话框，如图4.73所示。 • （2）单击【CAM会话配置】下拉列表框，选择cam_general，单击【要创建的CAM配置】下拉列表框，选择为mill_planar。 • （3）单击【初始化】按钮，进入加工环境界面。

4.5.3 创建几何体 • 本小节操作需要创建的几何体有：机床坐标系（MCS_MILL）和切削几何体（MILL_GEOM）。 • 1．机床坐标系位置设定 • 梅花盘整体为圆柱体样式。分中采用上表面圆心对刀，为机床坐标系位置，具体步骤如下。 • （1）进入操作导航器切换几何视图，坐标系设置 • （2）双击操作导航器内MCS_MILL按钮，打开Mill Orient对话框。 • （3）单击CSYS对话框图标，弹出CSYS对话框。 • （4）单击【类型】下拉列表框，切换为动态类型。移动坐标系的原点到零件上表面圆心，如图4.74所示。 • 2．创建切削几何体 • 梅花盘的切削几何体需要指定的有：指定部件、指定毛坯和指定检查。

4.5.4 创建刀具 • 本例需要创建一把直径为12的铣刀，具体步骤如下。 • （1）按照前面切换成视图的方法，切换成机床视图。 • （2）右击GENERIC_MACHINE按钮，弹出下拉选项框。单击【插入】｜【刀具】按钮，弹出刀具类型对话框。 • （3）单击端铣刀图标，在名称栏输入d12，如图4.83示。 • （4）单击【确定】按钮，弹出【铣刀-5参数】对话框，按照图4.84所示设置参数。 • （5）单击【确定】按钮，完成退出【铣刀-5参数】对话框。

4.5.5 创建操作 • 本实例需要创建操作子类型为表面区域铣操作，具体步骤如下。 • （1）切换视图为几何视图，右击WORKPIECE，弹出下拉列表框。 • （2）单击【插入】｜【操作】按钮，弹出【创建操作】对话框。 • （3）单击选择表面区域铣图标。如图4.85所示。 • （4）切换刀具为D12，其他参数默认。 • （5）单击【确定】按钮，进入【面区域铣】对话框，如图4.86所示。

4.5.6 设置参数 • 本操作需要设置的参数有创建加工区域、刀轨设置等，具体步骤如下。 • 1．创建加工区域 • 创建加工区域按照分析创建，具体的步骤如下。 • （1）单击切削面图标，弹出【切削区域】对话框，如图4.87所示。 • （2）鼠标移动到工作区，单击选定要加工的面。 • （3）单击【确定】按钮，完成退出【切削区域】对话框。 • 2．刀轨设置 • 刀轨设置需要设置的有切削模式、步进、余量等。

4.5.7 操作 • 本次操作需要生成刀具轨迹和加工模拟来观察加工的效果。 • 1．生成 • 2．刀轨模拟 • 2．刀轨模拟 • 刀轨模拟在编辑工具条确认上完成，具体步骤如下。 • （1）单击编辑工具条确认图标，弹出【刀轨可视化】（加工模拟）对话框，如图4.94所示。 • （2）单击2D标签，切换成2D动态选项卡。设置速度滑块为3。 • （3）单击播放图标，模拟开始，软件将显示出毛坯，刀具做较真实的切削毛坯运动。 • （4）加工模拟完毕，单击【确定】按钮，完成退出【刀轨可视化】对话框。 • （5）单击【确定】按钮，完成退出指定参数对话框。零件表面操作完成。

4.6 练习题 • 1．表面铣适用于什么形状的零件? • 2．平面铣模板有哪些操作子类型?具体可以分为几类？ • 3．自定义切削角的参照是什么? • 4．检查体练习实例

第 4 章 表面铣