提高数控铣削编程效率的研究

廖玉松+韩江

摘要：近年来，数控铣削加工技术发展迅速，数控产品的技术水平和质量正在不断提高。数控铣削加工已成为数控加工技术最为重要的应用之一，如何提高数控铣削编程效率成为数控编程人员十分关注的问题。

关键词：数控编程 CAM 加工模板

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0075-02

随着数控铣削加工技术发展迅速，数控产品的技术水平和质量正在不断提高。而数控编程是在数控加工中保证产品质量和加工效率的关键。数控编程有手工编程和自动编程两种，手工编程常用于简单零件加工，在实际生产当中，数控加工主要采用自动编程即计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）。计算机辅助制造CAM技术具有很大的优越性，它不但能解决复杂曲面人工无法精确编程的问题，而且计算机与数控设备的通讯又大大地提高了程序输入的速度和避免人工录入的错误。目前常用的自动编程软件有Master CAM、Cimatron、Pro/E及UG[1]，而UG是全球应用最普遍、最富有竞争力的一流计算机辅助设计、辅助制造、辅助工程（CAD/CAM/CAE）的一体化软件系统之一[2、3]，是目前市场上功能最齐全的产品设计工具，广泛应用于机械、飞机、汽车、模具、化工等各个行业有产品设计、制造与分析。UG/CAM模块向用户提供了当今世界上最好的CAM技术，利用它强大的针对加工任务生成优化而可用的加工路径，加工路径通过后置处理生成数控程序，将程序用于特定机床即可来加工各种零件。如何利用UG软件进行快速高效完成数控编程？笔者根据自己长期的数控编程实践，谈谈自己的看法，希望能给读者带来一丝启示。

1 简化造型

要提高编程效率，首先应从简造型化开始着手，简化造型是编程工作的第一步。如图1所示在加工塑料模具模仁时，模仁上的孔在数控铣削加工前已在钻床上加工完成，在数控铣削时不需要再加工，同时在数控铣削时，防止刀具进入孔中破坏模仁的加工质量，编程时必须对模型进行简化，简化掉模仁上的孔，模仁简化后如图2所示。粗加工和精加工时，刀具在有孔处将连续切削，不会出现任何停顿，同时不会切入孔中，不会造成模仁损坏，这样加工效率显著提高。因此，只要能正确生成NC程序，造型力求简化，这样可以提高编程效率[4]。简化造型既可以缩短编程时间，也可以为修改上的便捷。简化造型后模型简单，很容易检查刀具轨迹是否与边界相切，是否保留余量等，修改时只需改变边界定义线。同时，部件文件中对象数量变少，文件占用内存变小，存取速度都会相应加快[4]（如图1、图2所示）。

2 使用实体造型

对于复杂零件，尽可能使用实体造型，减少自由曲面造型。实体造型优点如下：

（1）生成速度快，磁盘占用空间少。例如，生成简单的SΦ50球体时，实体造型占用116KB字节数，自由曲面造型占用124KB字节数[4]。

（2）实体造型直观、简洁、易于查看。对复杂形状的零件有比较直观地认识，编程时选择加工区域直观、简洁，一般不会出错。

3 设置自定义加工模板

但在实际编程中，默认加工模板中许多参数需要修改和编辑，导致编程的效率低。UG软件是一个开放式软件，编程者可以根据自己的需要，设置适合自己的加工模板，定义常用刀具，设置加工参数。在编程时只需选择要加工零件、加工区域、加工刀具，对同类型零件的加工时不需要重新设置常用的加工参数，重新定义刀具，编程效率可以显著提高。下面以塑料模电极加工模板设置的过程为例介绍设置自定义加工模板过程：

（1）设置自定义加工模板文件名。查找UG安装目录，假设UG安装在D：中，按以下步骤进行操作：D：->Program files->UGS->NX8.0->MACH->resource->template part->metric，在metric文件夹中复制一个默认加工模板mill_planar.part或mill_contour.part[4]，重命名成便于认别同时能反映出加工特征的文件名，如Electrode .part。

（2）根据加工零件的类型，设置自定义加工模板的常用操作，编辑、修改加工参数。用UG8.0打开Electrode.part自定义模板文件，从“Start”开始菜单中进入“Manufacturing”加工模块，在“Operation Navigator”中删除原来所有默认操作，根据具体零件加工类型，设置具体操作，编辑、修改默认加工参数。

（3）在自定义加工模板中设置常用的刀具，定义刀具参数。在“Operation Navigator”中右键，将视窗切换到“Machine Tool View”。点击“Create Tool”按钮，打开“Create Tool”对话框，定义刀具参数。刀具参数主要包括：Tool type（刀具类型）、Diameter（刀具直径）、Lower Radius（ R角半径）、Flutes（刀刃数目）、Length（装刀长度）等。在“File”菜单中点击“Save”，即完成了Electrode自定义加工模板的设置。关闭UG后，重新启动UG，即可使用Electrode自定义加工模板。

（4）在UG默认的“Machining Environment”中添加Electrode自定义加工模板。在UG默认“Machining Environment”中，没有Electrode自定义加工模板，编程时想要调用Electrode自定义加工模板，使用起来不是很方便。把Electrode自定义加工模板添加到UG的“Machining Environment”默认加工环境中，这样在UG的“Machining Environment”中可以直接使用Electrode自定义加工模板，可以提高编程效率。操作过程如下：D：->Program files->UGS->NX8.0->MACH->resource->template set文件目录下找到cam_general.opt文件，用“记事本”方式打开cam_general.opt文件[4]。cam_general.opt文件分为两个部分，上面部分是英制加工模板，下面部分是公制加工模板，在下面部分公制加工模板中添加${UGII_CAM_TEMPLATE_PART_METRIC_DIR}Electrode.part语句[4]，存盘保存。重新启动UG后，在“Machining Environment”中就会出现已经定义好Electrode模板，编程时可以直接调用Electrode自定义加工模板了。

4 导入已有加工零件的CAM数据

对于加工形状近似，工艺相同的零件，可利用UG的“Import”导入功能导入CAM数据，可以提高数控编程效率。在加工形状相似的电极时，电极材料一般都采用紫铜，被加工零件的材料切削加工性能相同，形状近似，相同加工工艺流程，所用刀具基本相同，编程时，可以利用CAM导入数据功能。操作过程如下：在“Manufacturing”加工模块下，单击File->Import->Part->在Import Part对话框选中“Import CAM Objects”->选择要导入CAM数据文件->点击确定，即在要加工零件的当前文件中导入已经编好过的零件加工操作，重新选择零件和加工区域，生成刀具路径即可。不需要再选择刀具和设置参数，这样可以提高编程效率[4]。

5 选择适当的驱动方式

在曲面加工中，驱动方式选择十分重要的，UG提供曲面驱动和边界驱动两种驱动方式：

（1）曲面驱动优点是不需要添加辅助线，操作简单，可选择曲面的百分比参数延伸曲面，缺点是需要分析曲面，运算速度慢，程序生成时间长，不易灵活处理曲面边界上刀具的ON和TANGENT TO。因此，曲面驱动方式不太适合加工复杂、干涉较多的内型面，而对于干涉少，曲面变化小的外型面则较为合适，具有编程效率高，生成速率快的优点[4]。

（2）选择边界驱动方式优点是不用分析面，运算较快，而且修改时移动边界即可，缺点是需要添加辅助线，造型时较为麻烦。在加工复杂的形状曲面时，选择边界驱动方式，编程效率高，便于编辑、修改。

6 充分利用刀具参数

利用刀具参数可以简化造型，例如型腔的底部圆角半径，斜筋过渡圆角半径处，可以由加工刀具来保证，不需要详细的造型，这样生成NC程序时计算简单，程序生成速度快。例如待加工零件的型腔底部圆角为R5，在造型时，可简化掉底部R5圆角，而加工时用，采用带有R5的圆鼻刀把底部圆角加工出来[4]。

7 结语

想要提高数控铣削编程效率，就要不断提高自身的数控加工工艺水平，灵活应用自动编程软件。编程时，使用实体造型，尽可能简化造型，充分利用好软件的自定义加工模板，根据具体情况，使用好软件导入CAM数据功能，充分利用好刀具，选择适当的驱动方式。在实际编程中多思考，多总结，就一定会提高自己的编程效率。

参考文献

[1]苏红卫.UG NX 铣加工过程培训教程[M].北京：清华大学出版社，2004年10月，第一版.

[2]卫兵工作室编著.UG NX 数控加工实例教程[M].北京：清华大学出版社，2006年6月，第一版.

[3]展迪优.UG NX 8.0数控加工教程[M].北京：机械工业出版社，2012年1月，第一版.

[4]廖玉松.冰箱发泡模CAD/CAM关键技术研究及应用[D].[硕士学位论文].安徽：合肥工业大学机械与汽车工程学院，2008年.

4 导入已有加工零件的CAM数据

对于加工形状近似，工艺相同的零件，可利用UG的“Import”导入功能导入CAM数据，可以提高数控编程效率。在加工形状相似的电极时，电极材料一般都采用紫铜，被加工零件的材料切削加工性能相同，形状近似，相同加工工艺流程，所用刀具基本相同，编程时，可以利用CAM导入数据功能。操作过程如下：在“Manufacturing”加工模块下，单击File->Import->Part->在Import Part对话框选中“Import CAM Objects”->选择要导入CAM数据文件->点击确定，即在要加工零件的当前文件中导入已经编好过的零件加工操作，重新选择零件和加工区域，生成刀具路径即可。不需要再选择刀具和设置参数，这样可以提高编程效率[4]。

5 选择适当的驱动方式

在曲面加工中，驱动方式选择十分重要的，UG提供曲面驱动和边界驱动两种驱动方式：

（1）曲面驱动优点是不需要添加辅助线，操作简单，可选择曲面的百分比参数延伸曲面，缺点是需要分析曲面，运算速度慢，程序生成时间长，不易灵活处理曲面边界上刀具的ON和TANGENT TO。因此，曲面驱动方式不太适合加工复杂、干涉较多的内型面，而对于干涉少，曲面变化小的外型面则较为合适，具有编程效率高，生成速率快的优点[4]。

（2）选择边界驱动方式优点是不用分析面，运算较快，而且修改时移动边界即可，缺点是需要添加辅助线，造型时较为麻烦。在加工复杂的形状曲面时，选择边界驱动方式，编程效率高，便于编辑、修改。

6 充分利用刀具参数

利用刀具参数可以简化造型，例如型腔的底部圆角半径，斜筋过渡圆角半径处，可以由加工刀具来保证，不需要详细的造型，这样生成NC程序时计算简单，程序生成速度快。例如待加工零件的型腔底部圆角为R5，在造型时，可简化掉底部R5圆角，而加工时用，采用带有R5的圆鼻刀把底部圆角加工出来[4]。

7 结语

想要提高数控铣削编程效率，就要不断提高自身的数控加工工艺水平，灵活应用自动编程软件。编程时，使用实体造型，尽可能简化造型，充分利用好软件的自定义加工模板，根据具体情况，使用好软件导入CAM数据功能，充分利用好刀具，选择适当的驱动方式。在实际编程中多思考，多总结，就一定会提高自己的编程效率。

参考文献

[1]苏红卫.UG NX 铣加工过程培训教程[M].北京：清华大学出版社，2004年10月，第一版.

[2]卫兵工作室编著.UG NX 数控加工实例教程[M].北京：清华大学出版社，2006年6月，第一版.

[3]展迪优.UG NX 8.0数控加工教程[M].北京：机械工业出版社，2012年1月，第一版.

[4]廖玉松.冰箱发泡模CAD/CAM关键技术研究及应用[D].[硕士学位论文].安徽：合肥工业大学机械与汽车工程学院，2008年.

4 导入已有加工零件的CAM数据

对于加工形状近似，工艺相同的零件，可利用UG的“Import”导入功能导入CAM数据，可以提高数控编程效率。在加工形状相似的电极时，电极材料一般都采用紫铜，被加工零件的材料切削加工性能相同，形状近似，相同加工工艺流程，所用刀具基本相同，编程时，可以利用CAM导入数据功能。操作过程如下：在“Manufacturing”加工模块下，单击File->Import->Part->在Import Part对话框选中“Import CAM Objects”->选择要导入CAM数据文件->点击确定，即在要加工零件的当前文件中导入已经编好过的零件加工操作，重新选择零件和加工区域，生成刀具路径即可。不需要再选择刀具和设置参数，这样可以提高编程效率[4]。

5 选择适当的驱动方式

在曲面加工中，驱动方式选择十分重要的，UG提供曲面驱动和边界驱动两种驱动方式：

（1）曲面驱动优点是不需要添加辅助线，操作简单，可选择曲面的百分比参数延伸曲面，缺点是需要分析曲面，运算速度慢，程序生成时间长，不易灵活处理曲面边界上刀具的ON和TANGENT TO。因此，曲面驱动方式不太适合加工复杂、干涉较多的内型面，而对于干涉少，曲面变化小的外型面则较为合适，具有编程效率高，生成速率快的优点[4]。

（2）选择边界驱动方式优点是不用分析面，运算较快，而且修改时移动边界即可，缺点是需要添加辅助线，造型时较为麻烦。在加工复杂的形状曲面时，选择边界驱动方式，编程效率高，便于编辑、修改。

6 充分利用刀具参数

利用刀具参数可以简化造型，例如型腔的底部圆角半径，斜筋过渡圆角半径处，可以由加工刀具来保证，不需要详细的造型，这样生成NC程序时计算简单，程序生成速度快。例如待加工零件的型腔底部圆角为R5，在造型时，可简化掉底部R5圆角，而加工时用，采用带有R5的圆鼻刀把底部圆角加工出来[4]。

7 结语

想要提高数控铣削编程效率，就要不断提高自身的数控加工工艺水平，灵活应用自动编程软件。编程时，使用实体造型，尽可能简化造型，充分利用好软件的自定义加工模板，根据具体情况，使用好软件导入CAM数据功能，充分利用好刀具，选择适当的驱动方式。在实际编程中多思考，多总结，就一定会提高自己的编程效率。

参考文献

[1]苏红卫.UG NX 铣加工过程培训教程[M].北京：清华大学出版社，2004年10月，第一版.

[2]卫兵工作室编著.UG NX 数控加工实例教程[M].北京：清华大学出版社，2006年6月，第一版.

[3]展迪优.UG NX 8.0数控加工教程[M].北京：机械工业出版社，2012年1月，第一版.

[4]廖玉松.冰箱发泡模CAD/CAM关键技术研究及应用[D].[硕士学位论文].安徽：合肥工业大学机械与汽车工程学院，2008年.