基于NX的复杂曲面零件数控加工自动编程

随着人们物质生活水平的不断改善和提高，用户对产品的要求不再仅限于满足基本功能，同时对产品的外观、实用性等方面也提出了更高的个性化要求，如何能够在较短的时间内将用户需求转化为实际的产品成为当前企业是否能够在市场中立足的关键因素，正因为如此，数控加工技术得到了广泛应用。

    目前在很多制造企业，数控编程仍然采用传统的手动编程模式，编程效率低下，程序质量受编程人员知识水平的限制较多，且容易产生人为错误。而针对复杂曲面零件时，很难通过人工实现数控程序的编写，但目前很多个性化产品均是由各类复杂曲面构成，这就需要借助NC自动编程技术实现数控程序的自动编制。基于此，该文以复杂曲面零件为研究对象，基于NX CAM模块，对数控加工自动编程中的刀具选择、加工参数设置、导轨生成及校验、后置处理等一系列关键环节进行了研究，以期缩短编程周期、降低编程质量。

1 NX数控加工自动编程一般方法

    基于NX的数控加工自动编程，是以NX为平台，基于零件实体三维模型，通过在软件界面中交互操作，指定相应的加工方法、加工刀具、加工工艺参数后，生成刀位轨迹文件，在此基础上经后置处理操作，将刀位轨迹转化为数控代码。

2 基于NX的刀位轨迹文件生成

2.1 零件数控加工方案分析

    数控加工方案设计是数控加工自动编程的前置环节，旨在规划和指导整个数控编程过程中，为生成合理、高效的数控加工程序打基础。数控加工方案设计主要包括制定符合零件外形和精度要求的数控加工方法、数控工艺路线，选取合适的数控加工刀具、机床以及工艺参数等。一般而言，可以根据零件的几何外形信息及生产批量，拟定多个数控加工方案，最终选择最优的方案指导整个数控加工过程。

    以某鼠标零件为例，该零件的尺寸为96mm×56mm×32mm，其顶面为自由曲面，侧面为直纹面，一般在机加工过程中，通常需要遵循粗、精加工的分段加工原则，结合鼠标零件几何外形尺寸和外形特征形态，可先用型腔铣开粗整个鼠标外形，开粗刀具为Φ6平底立铣刀，该工序预留0.5 m的加工余量；鼠标零件顶面精度要求较高，可采用半精加工和精加工两道工序，其中半精加工采用Φ6R2球头铣刀，铣削方法为固定轴曲面轮廓铣，该道工序预留0.3 mm的加工余量，精加工采用Φ4R2球头铣刀，铣削方法为固定轴曲面轮廓铣；鼠标零件的侧面使用Φ4R2球头铣刀，基于等高轮廓铣方法加工完成。

2.2 加工坐标系的确定

    加工坐标系旨在标定代加工零件几何体加工过程中，在数控机床上的位置和数控加工中，数控程序的原点一般需要与加工坐标系的原点重合。

    NX中的加工坐标系对应的坐标轴分别为XM、YM、ZM，其中，刀轴矢量方向默认为ZM，亦可指定其他坐标轴作为刀轴矢量方向，此外，加工坐标系的原点即是机床上的对刀点。NX中设定加工坐标系的具体指令是加工环境下“操作导航器”中，几何视图菜单中的“MCS”选项。这里的MCS即是加工坐标系Machining Coordinate System的缩写。

2.3 创建程序组

    NX中的程序组旨在实现对各类加工操作的管理，程序组决定了不同操作的执行顺序，根据2.1节制定的数控加工方案，分别建立ROUGH_MOUSE、SEMIFINISH_TOP、FINISH_TOP、FINISH_SIDE4个程序组。

2.4 创建刀具组

    刀具是数控切削的关键环节，刀具的种类、参数设置是否合理将直接对数控加工过程产生重要的影响。在NX中，有专用的刀具创建器实现刀具的创建，其中，铣刀创建器可分为5参数、7参数、10参数铣刀，球形铣刀等。根据2.1节制定的加工方案，分别建立Φ5平底立铣刀、Φ5R1球头铣刀、Φ3R1球头铣刀。

2.5 创建加工几何体组

    NX中的加工几何体只要用于指定加工对象和加工部位，此外，还可指定加工时的安全平面和下限平面，保证加工时的安全性。

2.6 创建加工方法

    加工方法是为粗加工、半精加工、精加工指定具体的加工公差、余量以及切削步距、进给速度等参数，NX中铣削加工方法有MILL_ROUGH、MILL_SEMI_FINISH、MILL_FINISH和DRILL_METHOD这4种，在该文中，由于没有孔加工工序，因此，只需创建MILL_ROUGH、MILL_SEMI_FINISH和MILL_FINISH这3种加工方法。

2.7 创建操作

    在NX中，每一个操作相当于一个加工工步，其中包含了该加工工步执行时需要的所有操作信息和操作参数，每一个操作都需要指定相应的切削参数和非切削参数，进而完成整个操作的创建。

2.8 刀位轨迹文件的生成和显示

    在完成上述设置的基础上，NX即可自动生成鼠标零件的刀轨，其中，刀具运动路径、刀具轴线和刀具进给路径分别用蓝色、黄色和红色线条表示。

3 后置处理

    刀轨文件中包含了刀具运动的中心轨迹坐标以及加工参数等信息，但这些信息并不能直接被机床伺服系统所识别。在实际生产中，每类机床对应的数控系统可能存在差异，对应的其控制指令也会有所不同，因此，就必须根据机床数控系统的具体要求，将刀轨文件转化为对应的数控加工程序。

    在NX中，使用Post Processing功能转换刀位轨迹，该方法需要选定机床后置处理文件。NX系统给出了一些除机床控制系统的后置处理文件，这其中包括西门子、法兰克、海德汉等厂商的数控系统。该文选用西门子840d数控系统作为实际加工的数控系统，在NX中的Post Processing模块中可直接选用该系统的后置处理文件，实现对刀位轨迹的文件的转化，最终生成数控程序代码。

4 结语

    数控加工自动编程是实现产品数字化高效生产的重要组成部分，该环节周期和质量将直接决定产品研发的周期和效率，该文基于NX CAM模块，探究了复杂曲面零件的数控加工自动编程技术，在实际操作过程中，应根据零件本身的特点，合理设置加工方法、加工参数、加工刀具等，以提高数控加工程序的质量。