运用SIEMENS-NX6软件进行曲面加工

NX6软件是SIEMENS公司的CAD/CAM产品，是在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户界面，有良好的三维造型、工程绘图和全面的数控加工功能，在模具制造业备受欢迎。我厂是生产高精度精密冷冲模具，其中有不少模具零件是有曲面的，需要NX6软件来完成CAD/CAM的制做过程。例如我厂为陕西咸阳彩虹电子配件厂生产的价格为32万元的显像管框架模具是比较典型的冷冲模具，其中引伸、整形这两套模具中有不少零件为三维复杂曲面，用以前使用的二维CAXA XP软件，不能对其加工，产生三轴联动的NC程序，于是通过认真刻苦的学习NX6软件，反复实践，完成了整套模具中复杂零件的三维实体造型、刀具加工轨迹的设计及加工仿真。下面就模具零件成型凸模-7（见图1）在NX6中的加工过程做一个简单的介绍。

一、三维实体的造型

通过认真、刻苦的学习NX6软件的各种功能，反复实践，在实践中总结规律、积累经验，认真分析、理解图纸，确保图纸理解透彻，准确无误，方可进行三维实体造型。在造型中，有一点须特别注意，对于实际加工中的三维实体造型不同于演示或做图片的实体造型，力求越逼真越好，不同的加工工序或加工方式，都要进行一些必要的模型修改。

1 去除一些简单规则的凹槽

如图1所示，宽度为61x5mm和59x20mm的凹槽不应做出，因为刀路在经过凹槽时可能要发生抖动，刀具在经过此处时必须降低走刀速度，影响了加工效率。因此，要将一些简单的、规则的凹槽或孔填平，以便使加工时刀路平稳，提高加工速度。孔和规则凹模在曲面加工之前，先加工。

2 对边缘曲面进行适当的延长

由于毛坏制作的误差和加工余量的需要，实际上需加工的区域经常比图纸上标注的大，因此需要适当扩大加工区域，在三维造型时，用曲面延展功能在各个方向上延长曲面2～3mm。

3 为防止跳刀，对曲面进行适当的连接

在进行等高线加工时，如果加工曲面在水平方向不连续，则会在加工时产生跳刀现象，因此在本工序三维造型时，将断面在不妨碍其他曲面的加工的情况下光顺地连接起来，可消除跳刀现象，而且连接的刀路比较光顺。

综上所述，要加工出高质量的模具型面，一定要在编制数控程序之前，为每道工序、每一种加工方式作好必要的三维实体造型，尽量把问题放在CAD模型中解决。模具零件成型凸模-7的三维实体造型如图2。

图2

二、刀具轨迹的设计及加工仿真检验

数控编程要考虑几何设计和工艺方案，NX6软件有强大的加工功能，如平面铣、深度型腔铣、固定轴曲面铣等功能，进行高速加工数控编程时，除刀具和加工参数根据具体情况选择外，加工方法的选择和采用的编程策略就成为关键，首先对零件的几何结构有一个正确的理解，制定出理想的工序安排以及合理的刀具轨迹设计。

1 刀具的选择

在模具型腔数控铣削加工中，刀具的选择直接影响着模具零件的加工质量，加工效率和加工成本，因此正确选择刀具有着十分重要的意义，在模具铣削加工中，常用的刀具有平端立铣刀、圆角立铣刀、球头刀等，在粗加工时宜选择平端立铣刀，这是因为球头刀切削条件较差，在精加工时宜选择球头刀，根据图纸和本厂的具体情况，定义φ10平端铣刀，有效长度须大于型腔最深处26.94mm为粗加工刀具，定义φ8、φ6球头刀，有效长度大于型腔最深处26.94mm为半精加工和精加工刀具。具体操作是选择"创建刀具"对话框，设置名称为D10，单击[确定]，输入直径=10mm，刀刃长度=28mm，单击[确定]，同样方法定义名称为D8R4、D6R3球头刀，刀刃长度都等于28mm。

2 创建几何体

如图1所示，图纸上的标注基准在板件的中心，将CAD三维实体的CSYS坐标系设定在板件上表面中心处，z值再向上2mm处，再将工件的MCS加工坐标系与CYCS一致，以便使加工零点与设计基准一致，这样工人操作起来更容易，NC程序在深度Z方向一目了然，避免发生误操作而撞刀的现象。具体操作为：

（1）在创建工具条上选择[创建几何体]，在弹出的对话框中

a 选择Mill-contour

b 选择MCS→确定→单击CSYS对话框→在参考CSYS中选择"WCS"→确定→设定安全距离=10mm。这样就使图纸基准与工件加工基准一致，抬刀高度设定在工件表面上12mm处。

c 选择Workpiece定义毛坯→在几何体中选MCS→确定→指定部件、指定毛坏→用自动块定义块，这样就指定了毛坯以备加工使用。

（2）创建粗加工操作

模具零件粗加工的主要目标是追求单位时间内的材料去除率，并为半精加工或精加工准备工件的几何轮廓。因此粗加工采取型腔铣，工艺方案是高切削速度、高进给率和小切削用量的组合。进、退刀方式采用螺旋切入、切出。进给速度采用缓慢切入工件，待刀具完全进入工件后快速铣削。铣削策略选择深度优先，也就是铣削完一个型腔再抬刀进入第二个型腔。具体操作如下：

a 选择Mill-contour

b 选择型腔铣CAVITY-MILL→在[几何体]中选Workpiece→确定→在刀具中选φ10平端铣刀

c 在弹出对话框中

①指定切削区域，选择四周所有需要加工的面。

②切削模式：选择跟随部件。

③步距：选择残余高度为0.01mm，全局每刀深度为0.1mm

④切削参数：在[策略]中→"切削顺序" →选择"深度优先"； "切削方向"→选择"逆铣"；在[余量]中→设底侧面余量为0.2mm，设内、外公差为0.03mm。

⑤非切削移动：进刀采用螺旋式下刀，退刀与进刀相同，

⑥进给和速度：主轴转速设置为2000rpm，进给率：切削选择2000mmpm，第一刀切削选择50mmpm。

使用操作生成刀具轨迹功能，加工刀具轨迹如图3，同时对加工进行仿真模拟检查和过切检查，整个凸模外形基本被铣出，符合工艺要求。

图3

   （3）创建半精加工操作

模具零件半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平整，表面精加工余量均匀，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化，及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及精加工表面质量。因此半精加工采取型腔铣，加工毛坯是粗加工后的毛坯零件，同样采用高切削速度、高进给率和小切削量的组合。内、外公差要定义的很小≦0.001mm，因为凸模的四周是两个非常大的圆弧面，半径为28247.4472mm、4811.5585mm，若内、外公差值设置不合适，生成的NC程序在数控机床上运行时报警，这是因为两个相连的圆弧中，连接点处前一个R的终点和后一个R的起点坐标点不一致，机床认为是有错误不能加工，当把内、外公差设置为0.001时，此报警消失。具体操作如下：

a 选择Mill-contour

b 选择型腔铣CAVITY-MILL→在[几何体]中选Workpiece→确定→在刀具中选D8R4球头刀

c 在弹出的对话框中

①指定切削区域，选择四同所有要加工的面。

②切削模式：选择"跟随部件"

③步距：选择残余高度为0.01mm，全局每刀深度为0.1mm

④切削参数：在[策略]中→"切削顺序"→选择"深度优先"；在[余量]中→设底侧面余量为0.05mm，内、外公差为0.001mm；在[拐角]中设置拐角处刀路光顺；在[空间范围]中→毛坯"外理中的工件"→选择"使用基于层的"

⑤非切削移动：进刀、退刀都采用螺旋式下刀，

⑥进给和速度：主轴转速设置为2000rpm，进给率：切削选择2000mmpm，第一刀切削选择50mmpm。

使用操作生成刀具轨迹功能，加工刀具轨迹如图4，同时对加工进行仿真模拟检查和过切检查，整个凸模外形以被半精铣一遍，为精加工留下了均匀的余量，符合工艺要求。

图4

（4）创建精加工操作

模具零件的精加工的主要目标是保证切削过程光顺、稳定，确保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面。这取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随加工表面的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。一般尽可能在一个工序中进行连续加工，以减少抬刀、下刀的次数，另外，精加工曲面的曲率半径应大于刀具半径的1.5倍，避免进给方向的突然转变。在每次切入、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接，以保持切削过程的平稳性。

因此，精加工采取型腔铣，加工毛坯是半精加工后的零件，同样采用高切削速率，高进给率和小切削量的组合。具体操作如下：

a 选择Mill-contour

b 选择型腔铣CAVITY-MILL→在[几何体]中选Workpiece→确定→在刀具中选D6R3球头刀

c 在弹出的对话框中

①指定切削区域，选择四周所有要加工的面。

②切削模式：选择"跟随部件"

③步距：选择残余高度为0.005mm，全局每刀深度为0.1mm

④切削参数：在[策略]中→"切削顺序"→选择"深度优先"；在[余量]中→设底侧面余量为0mm，内、外公差为0.001mm；在[空间范围]中→毛坯"外理中的工件"→选择"使用基于层的"

⑤非切削移动：进刀、退刀都采用螺旋式下刀，

⑥进给和速度：主轴转速设置为2500rpm，进给率：切削选择2000mmpm，第一刀切削选择50mmpm。

使用操作生成刀具轨迹功能，加工刀具轨迹如图5，同时对加工进行仿真模拟检查和过切检查，整个凸模外形被铣出，尺寸精度达到±0.005mm，粗糙度达到Ra0.8μm，符合工艺、图纸要求。

图5

三、结束语

NX6软件的CAD/CAM技术是当今制造业中的高新技术，它涉及到计算机三维造型、CAM自动编程技术、测量技术、制造工艺学、切削仿真技术等多学科交叉的综合技术，具有较高的技术难度。由于三轴联动加工技术所具有的高精度、高效率、加工适应性强等特点，也使它能够更好地适应复杂曲面的数控加工，解决了模具零件制造中存在的很多问题，提高了加工效率，缩短了制造周期，在实际应用中起到了良好的作用。■（责编：Catherine）

(本文不涉密)
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