NX編程和后處理技術(shù)在數(shù)控加工的應(yīng)用

王建波 杜廣 李歡 王泰吉 楊奉義

摘 要：NX軟件廣泛應(yīng)用在模具，機(jī)械等數(shù)控加工領(lǐng)域，隨著生產(chǎn)力與加工精度的不斷提高，數(shù)控機(jī)床在工業(yè)生產(chǎn)中起到了越來越重要的作用，有效提高了機(jī)床利用率，傳統(tǒng)的人工示教式編程已經(jīng)不能適應(yīng)生產(chǎn)的需要，離線編程成為數(shù)控機(jī)床運用中不可缺少的一部分。離線編程需要先建立零件的CAD模型，并產(chǎn)生其刀位文件。由CAD/CAM軟件仿真生成的刀位代碼，無法直接用于數(shù)控機(jī)床，需要進(jìn)行后置加工處理后，方可成為能夠用于數(shù)控機(jī)床操作的NC代碼，因此，后置處理過程直接決定了NC代碼的質(zhì)量與精度，進(jìn)而影響數(shù)控加工的精度，在整個生產(chǎn)過程中關(guān)鍵性的作用。

關(guān)鍵詞：NX自動化編程；NX后處理技術(shù)；離線編程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.124

0 引言

目前傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床加工的程序通過手工編制，需將每路徑和加工位置、參數(shù)及刀具參數(shù)手動輸入，編程效率低且容易出錯；在現(xiàn)場加工程序調(diào)試作業(yè)時間長，容易發(fā)生碰撞、存在造成加工報廢的風(fēng)險，為了節(jié)省成本，零件設(shè)計的時候會考慮更多因素，設(shè)計也越來越復(fù)雜，加工難度越來越大，為了適應(yīng)數(shù)控加工的需求，迫切需要計算機(jī)輔助軟件參與解決生產(chǎn)中遇到的難題。

1 NX軟件介紹

Siemens PLM Software 數(shù)字化制造解決方案 NX CAM 正在為世界上頂尖的制造者們所采用。他們通過使用數(shù)字化制造解決方案來優(yōu)化他們的制造過程，幫助他們實現(xiàn)了制造夢想，維護(hù)了他們在各自領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。NX CAM 幫助制造企業(yè)加速其產(chǎn)品上市時間、降低產(chǎn)品成本、 提高了產(chǎn)品質(zhì)量。NX是美國NXS公司發(fā)行的數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)綜合軟件。作為NXS公司的旗艦產(chǎn)品，NX集成了行業(yè)內(nèi)集成應(yīng)用程序，NX集成了CAD、CAE及CAM多種功能于一身，是一種三維參數(shù)化軟件，該軟件功能強(qiáng)大，能夠輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜實體及造型的建構(gòu)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、制造等領(lǐng)域。基于該公司提供的多級化、集成化、完整的CAD解決方案，NX基于制造過程的產(chǎn)品設(shè)計制造環(huán)境，實現(xiàn)了產(chǎn)品從設(shè)計到加工制造的無縫鏈接，從而進(jìn)一步整合、優(yōu)化了企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)、制造流程。同時，NX軟件還具有實體造型模設(shè)計、曲面造型設(shè)計、虛擬裝配模擬等功能，能夠輕松實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計中的有限元分析、機(jī)構(gòu)運動分析及運動力學(xué)分析等，提高了產(chǎn)品設(shè)計與制造過程的的可靠性與有效性。此外，NX集成了二次開發(fā)語言NX/OPEN，使用人員可通過簡單的培訓(xùn)即可進(jìn)行二次開發(fā)，從而滿足特定的使用需求，便于用戶開發(fā)專用的CAD系統(tǒng)。

2 NX軟件編程研究及模塊功能

基于NX CAD模塊設(shè)計完成的產(chǎn)品三維模型主要包括數(shù)控編程必要的完整的產(chǎn)品表面數(shù)據(jù)信息，NX軟件能夠針對產(chǎn)品表面信息進(jìn)行數(shù)控加工刀位的自動化運算，從而實現(xiàn)全過程的自動化處理。在整個過程中，信息的處理都是基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫與文件傳輸格式，因此，NX CAD模塊設(shè)計實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計信息的全集成與數(shù)據(jù)共享，大幅度提高了產(chǎn)品設(shè)計、加工效率。雖然，借助于NX軟件能夠?qū)崿F(xiàn)自動化數(shù)控編程，在數(shù)控編程前，用戶應(yīng)確定加工工藝分析與規(guī)劃工作，加工工藝的選擇是否恰當(dāng)將直接影響數(shù)控加工質(zhì)量與效率。加工工藝分析的確定工作應(yīng)包括：合理選擇毛坯工件、規(guī)劃加工區(qū)域、擬定工藝路線、確定加工刀具、確定走刀路線等。當(dāng)加工工藝確定后，用戶可根據(jù)自身需求，合理選用NX功能模塊，各模塊具體功能如下：

2.1 NX入口模塊

該模塊是NX軟件的基本功能模塊，主要提供常規(guī)操作，包括打開、創(chuàng)建、存儲等，可導(dǎo)出文件格式包括：CGM、VRML、TIFF、MPEG、GIF和JPEG等多種格式。同時，用戶可借助于NX軟件導(dǎo)入CGM、NX/Parasolid等幾何數(shù)據(jù)，并能夠通過宏命令自動記錄用戶操作及播放等功能，有效降低用戶學(xué)習(xí)成本。在用戶自定義菜單中，用戶可根據(jù)自己的操作習(xí)慣，設(shè)置常用功能或二次開發(fā)功能，以提高軟件操作效率。

2.2 NX實體建模模塊

該模塊能夠提供產(chǎn)品草圖設(shè)計、生成曲線、布爾運算、實體模型旋轉(zhuǎn)、非參數(shù)模型參數(shù)化、編輯變量與表達(dá)式等功能。

2.3 NX特征建模模塊

該模塊基于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計特征的模型，為用戶提供個性化模型生成編輯功能，系統(tǒng)中包含了各類孔、鍵槽、各類形狀的凹腔、凸臺、圓柱、方塊、椎體、球體等模型，便于用戶直接進(jìn)行模型設(shè)計、特征編輯、特征引用、特征順序調(diào)整等操作。

2.4 NX自由曲面建模模塊

該模塊包含豐富的曲面建模工具，能夠提供直紋面、掃描面、自由曲面、類正交曲線的自由曲面、曲線廣義掃掠、標(biāo)準(zhǔn)二次曲線方法放樣等進(jìn)行裁減、編輯和生成操作。

2.5 NX工程繪圖模塊

工程繪圖模塊提供了自動視圖布置、剖視圖、局部放大圖、手動尺寸、公差和粗糙度標(biāo)注，支持漢字輸入、視圖手工編輯、裝配圖剖視及自動生成明細(xì)表等操作。

2.6 NX加工基礎(chǔ)模塊

該模塊提供的功能包括：用戶可在圖形模式下觀察刀具的運動軌跡；點位編輯功能，用戶可根據(jù)自身需求，對鉆孔、攻絲或鏜孔加工進(jìn)行修改或剪裁操作；用戶可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化刀具庫和加工部該工藝參數(shù)樣板庫進(jìn)行自定義操作，從而滿足用戶個性化需求，降低軟件學(xué)習(xí)成本，縮短培訓(xùn)時間，提高產(chǎn)品模型設(shè)計、調(diào)整效率。

2.7 NX后處理與加工后置處理

NX后處理模塊廣泛應(yīng)用于主流的NC機(jī)床和加工中心，在2～5軸及以上銑削加工、2～4軸車削加工及點火花線切割中具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。

2.8 NX型芯、型腔銑削模塊

該模塊能夠去除粗加工的單個、多個型腔或任意形狀的模型余量，并實現(xiàn)對復(fù)雜刀具運動軌跡的模擬與計算，幫助用戶確定加工刀具走刀的方式。同時，基于NX軟件容差型銑削加工的方式能夠加工設(shè)計精度要求低、曲面有間隙或重疊的模型。當(dāng)型腔曲面較多且存在異常時，型腔銑削模塊能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)整，在用戶允許的公差范圍內(nèi)加工出型腔，從而降低了型腔加工的錯誤率，提高了產(chǎn)品設(shè)計的可靠性。

2.9 NX平面銑削模塊

該模塊能夠提供Z字形走刀銑削、走刀輪廓銑、仿形內(nèi)腔銑、確定內(nèi)部移動安全余量、型腔分層切削等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對加工邊界和毛料形狀的自定義操作，并模擬現(xiàn)實未切削區(qū)域的邊界，提供部分機(jī)場輔助運動制指令，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床冷卻、刀具補償或夾緊等操作。

2.10 NX定軸銑削模塊

該模塊主要是對3軸聯(lián)動加工刀具路徑、加工區(qū)域進(jìn)行選擇，并可提供多種驅(qū)動和走刀方式，并能夠自動識別前道工序未加工完成的區(qū)域，以便于用戶進(jìn)一步調(diào)整、優(yōu)化加工操作。通過該模塊生成的刀位文件，用戶能夠進(jìn)行壓縮、傳輸和存儲操作，并可根據(jù)需求進(jìn)行導(dǎo)入、調(diào)整和重新計算。

2.11 NX自動清根模塊

該模塊能夠根據(jù)用戶設(shè)定自動找出待加工零件滿足加工條件的區(qū)域。通常情況下，待加工區(qū)域是型腔中的根區(qū)或拐角位置，用戶可通過直接選定加工刀具，借助自動清根模塊和選定的刀具，以刀具“雙向切條件”區(qū)域為驅(qū)動幾何，生成一次或多次走刀清根程序。該模塊尤其適用于復(fù)雜型腔、型芯的加工，能夠有效降低精加工或半精加工的工作量。

2.12 NX順序銑模塊

順序銑模塊能夠控制刀具每一步驟操作，支持2～5軸及以上銑削編程，用戶可通過該模塊實現(xiàn)度刀具路徑的自動化、交互式控制，允許用戶在圖形界面下對刀具路徑進(jìn)行編輯和調(diào)整，確保刀具路徑的滿足加工要求。當(dāng)用戶僅提供某曲面兩端的刀具路徑時，該模塊能夠自動補充中間的步驟，實現(xiàn)刀具路徑的自動化處理。在NX數(shù)控加工中，NX順序銑模塊的功能與自動清根功能相似的特有模塊，主要面向于較高難度的數(shù)控程序編制。

通過NX軟件各模塊的應(yīng)用，能夠滿足各行業(yè)、領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)計、加工要求，基本上滿足現(xiàn)代化零件的生成需求。

2.13 NX后處理技術(shù)

NX后處理出來的NC程序就是通過NX的后處理器產(chǎn)生出來的，NX的后處理器主要由三個文件組成，*.pui，*.def，*.tcl，NX后處理程序時最直接用到的是*.def和*.tcl這兩個文件，這些文件可以使用拷貝復(fù)制的方法獲得，也可以從無到有利用NX軟件自帶的后處理構(gòu)造器生成制作出來。根據(jù)不同的機(jī)床參數(shù)開發(fā)專用后處理，滿足生產(chǎn)需要。

3 結(jié)論

通過NX后置處理技術(shù)研發(fā)開發(fā)和自動編程研發(fā)，可解決現(xiàn)階段加工機(jī)床加工側(cè)程序通過手工編制，不能進(jìn)行離線編程和調(diào)試作業(yè)存在風(fēng)險的問題，實現(xiàn)類加工機(jī)床加工離線編程、模擬仿真、自動程序輸出，可大幅提高編程效率及程序的可靠性和加工產(chǎn)品品質(zhì)，解決了實際加工過程中容易發(fā)生碰撞、存在造成加工報廢的風(fēng)險等問題。

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