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摘 要：结合具体实例，介绍了NX4.0软件的三维建模和高速铣削加工编程的方法。通过NX CAD模块建立支架零件三维模型，利用NX CAM模块对支架零件高速铣削加工进行数控编程，并采用仿真加工对刀具轨迹进行验证。
关键词：NX CAD/CAM，支架零件，数控编程
NX是当今世界上最先进和紧密集成的面向制造业的高端CAD/CAM/CAE软件，在制造业的各个领域有着日益广泛地应用。它作为一个完整的CAD/CAM/CAE软件系统，由多个功能模块组成。各模块之间采用主模型结构，即CAD模块建立的三维模型为基准，其余各模块均以其为基础，当三维模型改变时，各模块的数据就会发生相应地变化，从而保证了数据的准确性。本文以某医疗器械中的支架零件为例，介绍基于NX平台的CAD/CAM集成的应用。
1. 支架零件NX CAD建模
NX CAD模块具有强大的参数化三维实体造型功能，具有很高的建模精度和可靠性。它具有强大的复合建模功能，包括实体建模、特征建模、自由曲面建模等。
根据支架零件的结构特点，我们采用实体建模和特征建模相结合的方法建立三维模型，在建模过程中，尽可能地采用参数化驱动方式，以方便零件的修改。建立的支架零件三维模型如图1所示。
2. 支架零件NX CAM高速铣削过程
2.1 NX CAM模块概述
NX CAM模块提供了2～5轴铣削加工、2～4轴车削加工、电火花切割加工和点位加工等的数控编程功能。可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型。NX CAM不仅能生成可靠、精确的刀具轨迹，还可以在交互式图形模式下对刀具轨迹进行编辑优化，可以观察刀具运动过程，并进行加工模拟。同时，还可以应用机床仿真功能，模拟刀具的真实切削过程，并能通过过切检查和残留材料检查，检测相关参数设置的合理性。其数控编程的基本流程如图2所示。
NX CAM铣加工方法主要有平面铣、型腔铣、固定轴曲面铣和可变轴曲面铣。平面铣主要用于底面和顶面都是平面，并且侧面与底面垂直的工件的粗、精加工，属于两轴联动加工。型腔铣主要用于侧壁与底面不垂直工件的粗加工，属于三轴联动加工。固定轴曲面铣和可变轴曲面铣属于同一类型的加工方法，都是针对曲面工件进行半精加工和精加工的铣削方法。区别在于固定轴曲面铣的刀具轴线方向是固定不动的，而可变轴曲面铣的刀具轴线方向是可以根据加工需要随时改变的，主要用于4、5轴联动的数控加工中。
2.2 NX CAM高速铣削编程基本原则
高速切削和普通切削存在很大的区别，其切削速度达到普通切削的5～10倍，进给速度也达到了普通切削的5～10倍。在数控编程中，有很多与普通加工不同的要求。在编制高速铣削数控程序时，一般要遵循以下基本原则。
（1） 高速加工机床在刀具需要进行急速转弯时系统会提前进行预减速，完成转弯后再恢复进给速度。作为机床，这一功能主要是为了避免惯性冲击过大而造成机床损坏所设置的。尽管高速加工机床有这类功能，但在数控编程中，还是要尽可能保证刀具运动轨迹的圆滑与平稳过渡，垂直进刀时采用螺旋式進刀方式，避免直接下刀。
（2） 尽可能减少程序段数量，以提高程序处理速度。NURBS插补方法可以显著减少曲面加工的程序段数量，还能提高曲面加工的效率和质量。在机床具有NURBS插补功能的前提下，要求在曲面加工时，尽可能使用NURBS插补功能。
（3） 尽量避免采用全刀宽切削，以保证材料切除率的稳定性。
（4） 从安全上考虑，在输出数控程序前，必须进行详细的过切和碰撞检查。
2.3 支架零件NX CAM高速铣削
支架零件尺寸：642×125×70mm3
支架零件材料：6063铝合金
由于支架零件属于单件小批量生产，根据其结构特点和加工要求，需要在一台5联动加工中心上完成所有加工。因而采用工序集中方式安排工序，并采用分面加工方式，以减少工件装夹次数，保证表面间的相对位置精度。
在NX中打开支架零件，点选 按钮，选择【加工】命令，就进入NX的CAM模块。首先进行加工初始化，CAM会话配置选择“cam_general”，CAM设置选择“mill_contour”，点击【初始化】按钮，完成支架零件的加工初始化。然后按照图2的方法、步骤，依次选择刀具、切削参数、毛坯几何和零件几何等，建立相应的刀具轨迹。支架零件高速铣削所用刀具如表1所示。部分加工方案的工艺参数如表2所示。
依据完成的加工工艺方案，分别按照图2的编程流程，设置好相应参数后，就可以生成刀具轨迹。其中粗铣前面内腔、粗铣后面、粗铣外轮廓的第一层和精铣后面的刀具轨迹分别如图3～6所示。最后，通过仿真加工对刀轨进行试切验证，完成的仿真加工如图7所示。
当仿真加工中无过切等问题时，就可以对刀具轨迹进行后置处理，生成针对特定机床的数控加工代码，同时可生成供车间工艺准备的车间文档。
3. 结论
本文介绍了NX的CAD/CAM模块的特点，充分利用了其主模型结构，保证了CAM加工数据的准确性。针对铝合金支架零件，建立了三维模型，完成了高速铣削数控加工刀具轨迹的生成，并进行仿真加工，验证了刀具轨迹的正确性。对使用NX软件进行数控加工的技术人员有一定的参考作用。
参考文献
[1] 赵波等.UG CAD实用教程（NX2版）.北京：清华大学出版社，2004.21～24
[2] 叶南海.UG数控编程实例与技巧.北京：国防工业出版社，2005.43～44
[3] 杜洁.UG软件在数控加工中的应用.苏州市职业技术学院学报，2005，Vol.16（4）：40～41
关键词：NX CAD/CAM，支架零件，数控编程
NX是当今世界上最先进和紧密集成的面向制造业的高端CAD/CAM/CAE软件，在制造业的各个领域有着日益广泛地应用。它作为一个完整的CAD/CAM/CAE软件系统，由多个功能模块组成。各模块之间采用主模型结构，即CAD模块建立的三维模型为基准，其余各模块均以其为基础，当三维模型改变时，各模块的数据就会发生相应地变化，从而保证了数据的准确性。本文以某医疗器械中的支架零件为例，介绍基于NX平台的CAD/CAM集成的应用。
1. 支架零件NX CAD建模
NX CAD模块具有强大的参数化三维实体造型功能，具有很高的建模精度和可靠性。它具有强大的复合建模功能，包括实体建模、特征建模、自由曲面建模等。
根据支架零件的结构特点，我们采用实体建模和特征建模相结合的方法建立三维模型，在建模过程中，尽可能地采用参数化驱动方式，以方便零件的修改。建立的支架零件三维模型如图1所示。
2. 支架零件NX CAM高速铣削过程
2.1 NX CAM模块概述
NX CAM模块提供了2～5轴铣削加工、2～4轴车削加工、电火花切割加工和点位加工等的数控编程功能。可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型。NX CAM不仅能生成可靠、精确的刀具轨迹，还可以在交互式图形模式下对刀具轨迹进行编辑优化，可以观察刀具运动过程，并进行加工模拟。同时，还可以应用机床仿真功能，模拟刀具的真实切削过程，并能通过过切检查和残留材料检查，检测相关参数设置的合理性。其数控编程的基本流程如图2所示。
NX CAM铣加工方法主要有平面铣、型腔铣、固定轴曲面铣和可变轴曲面铣。平面铣主要用于底面和顶面都是平面，并且侧面与底面垂直的工件的粗、精加工，属于两轴联动加工。型腔铣主要用于侧壁与底面不垂直工件的粗加工，属于三轴联动加工。固定轴曲面铣和可变轴曲面铣属于同一类型的加工方法，都是针对曲面工件进行半精加工和精加工的铣削方法。区别在于固定轴曲面铣的刀具轴线方向是固定不动的，而可变轴曲面铣的刀具轴线方向是可以根据加工需要随时改变的，主要用于4、5轴联动的数控加工中。
2.2 NX CAM高速铣削编程基本原则
高速切削和普通切削存在很大的区别，其切削速度达到普通切削的5～10倍，进给速度也达到了普通切削的5～10倍。在数控编程中，有很多与普通加工不同的要求。在编制高速铣削数控程序时，一般要遵循以下基本原则。
（1） 高速加工机床在刀具需要进行急速转弯时系统会提前进行预减速，完成转弯后再恢复进给速度。作为机床，这一功能主要是为了避免惯性冲击过大而造成机床损坏所设置的。尽管高速加工机床有这类功能，但在数控编程中，还是要尽可能保证刀具运动轨迹的圆滑与平稳过渡，垂直进刀时采用螺旋式進刀方式，避免直接下刀。
（2） 尽可能减少程序段数量，以提高程序处理速度。NURBS插补方法可以显著减少曲面加工的程序段数量，还能提高曲面加工的效率和质量。在机床具有NURBS插补功能的前提下，要求在曲面加工时，尽可能使用NURBS插补功能。
（3） 尽量避免采用全刀宽切削，以保证材料切除率的稳定性。
（4） 从安全上考虑，在输出数控程序前，必须进行详细的过切和碰撞检查。
2.3 支架零件NX CAM高速铣削
支架零件尺寸：642×125×70mm3
支架零件材料：6063铝合金
由于支架零件属于单件小批量生产，根据其结构特点和加工要求，需要在一台5联动加工中心上完成所有加工。因而采用工序集中方式安排工序，并采用分面加工方式，以减少工件装夹次数，保证表面间的相对位置精度。
在NX中打开支架零件，点选 按钮，选择【加工】命令，就进入NX的CAM模块。首先进行加工初始化，CAM会话配置选择“cam_general”，CAM设置选择“mill_contour”，点击【初始化】按钮，完成支架零件的加工初始化。然后按照图2的方法、步骤，依次选择刀具、切削参数、毛坯几何和零件几何等，建立相应的刀具轨迹。支架零件高速铣削所用刀具如表1所示。部分加工方案的工艺参数如表2所示。
依据完成的加工工艺方案，分别按照图2的编程流程，设置好相应参数后，就可以生成刀具轨迹。其中粗铣前面内腔、粗铣后面、粗铣外轮廓的第一层和精铣后面的刀具轨迹分别如图3～6所示。最后，通过仿真加工对刀轨进行试切验证，完成的仿真加工如图7所示。
当仿真加工中无过切等问题时，就可以对刀具轨迹进行后置处理，生成针对特定机床的数控加工代码，同时可生成供车间工艺准备的车间文档。
3. 结论
本文介绍了NX的CAD/CAM模块的特点，充分利用了其主模型结构，保证了CAM加工数据的准确性。针对铝合金支架零件，建立了三维模型，完成了高速铣削数控加工刀具轨迹的生成，并进行仿真加工，验证了刀具轨迹的正确性。对使用NX软件进行数控加工的技术人员有一定的参考作用。
参考文献
[1] 赵波等.UG CAD实用教程（NX2版）.北京：清华大学出版社，2004.21～24
[2] 叶南海.UG数控编程实例与技巧.北京：国防工业出版社，2005.43～44
[3] 杜洁.UG软件在数控加工中的应用.苏州市职业技术学院学报，2005，Vol.16（4）：40～41