NX多轴加工实战宝典 朱建民 著 内 容 简 介 本书详细讲解NX 10数控编程模块中的多轴铣加工技术，主要阐述使用NX 10进行多轴铣削数控编程 的应用方法，以简明扼要、通俗易懂的语言详述了每个功能的应用范围，并结合实际生产中的工艺要求 说明了每个参数的具体释意以及参数设定的原因。书中还在需要着重注意的地方，进行了强调与注释说 明，并在理论讲解之后，结合贴切的PRT进行实例操练，得以将理论知识融入实际应用之中，使读者能 更透彻地理解相关概念。 全书共20章，主要内容包括NX多轴加工概述、格式转换、NX多轴孔加工、定轴加工、NX多轴铣加 工基础知识、刀轴概念详解、NX四轴铣加工、侧倾刀轴、深度加工五轴铣、可变流线铣、NX外形轮廓 铣、NX多轴曲线驱动加工、NX侧刃铣、一般运动、NX叶轮加工模块、NX CAM新功能说明、NX多轴 铣综合练习、工序模型的创建、刀轨虚拟仿真验证、Sinumerik优化控制输出及NX多轴加工辅助功能。 本书是NX CAM的高阶辅导教材，适合希望深入学习NX CAM技术的NX读者使用，同时也是企业相 关岗位工作人员的学习与参考书，还适合作为数字化制造类院校相关专业的教材。 本书相关素材获取方法：登录清华大学出版社网站（http://www.tup.com.cn），搜索到本书页面后按 提示下载。 本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。 版权所有，侵权必究。侵权举报电话：010-62782989 13701121933 图书在版编目(CIP)数据 NX多轴加工实战宝典 / 朱建民著. — 北京：清华大学出版社，2017 ISBN 978-7-302-45654-4 Ⅰ. ①N… Ⅱ. ①朱… Ⅲ. ①数控机床—加工—计算机辅助设计—应用软件 Ⅳ. ①TG659-39 中国版本图书馆CIP数据核字(2016)第283715号 责任编辑：杨如林 封面设计：杨玉兰 责任校对：徐俊伟 责任印制：沈 露 出版发行：清华大学出版社 网　　址：http://www.tup.com.cn，http://www.wqbook.com 地　　址：北京清华大学学研大厦A座 邮　　编：100084 社 总 机：010-62770175 邮　　购：010-62786544 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时经历了两年多，作者使用的NX版本经历NX9.0.3.4MP2（NX9最高补丁版）和NX10 未打补丁、补丁1、补丁2、补丁3和MP2补丁等多个版本，所以在本书中，存在同一命 令对话框可能在不同章节中样式不同的情况。 从NX9开始，NX相关模块的功能升级不再像以往那样以大版本为主，而改为在每 个升级补丁中升级，如NX10 CAM 功能从未升级大版本，直到升级至补丁3以及对应的 MP，而在每个升级补丁上功能都有所改进或增强。 如果说数字化制造技术是场战争的话，那么CAM 就是最前线，下面，让我们开赴 前线吧。 朱建民 目 录 第0章 NX多轴加工概述 ········································································1 0.1 NX概述 ······························································································1 0.2 NX CAM概述 ·······················································································2 0.3 五轴加工的优点 ····················································································3 0.4 NX CAM加工解决方案流程图：从产品设计到制造 ·······································3 0.5 NX五轴CAM模块所需计算机配置 ·····························································3 0.6 NX 10经典界面模式的转换 ······································································4 0.7 本书所需背景知识的要求 ········································································5 第1章 格式转换 ·····················································································6 1.1 NX可打开或输入的数据格式 ···································································6 1.2 NX可输出的数据格式 ············································································7 1.3 NX支持的其他数据格式 ·········································································7 1.4 小结 ···································································································8 第2章 NX多轴孔加工 ············································································9 2.1 顶面为平面的孔特征加工 ········································································9 2.2 顶面为曲面的孔特征加工1 ····································································13 2.3 顶面为曲面的孔特征加工2 ····································································15 2.4 铣削孔加工 ························································································17 2.5 曲面铣削孔加工 ··················································································20 2.6 孔特征钻孔应用 ··················································································22 2.7 多轴孔加工综合练习 ············································································24 2.8 小结 ·································································································25 第3章 定轴加工 ···················································································26 3.1 四轴定轴平面铣（3+1模式）实例 ···························································28 3.2 定轴平面铣综合练习 ············································································30 3.3 定轴曲面铣实例 ··················································································31 3.3.1 毛坯的预处理以及定轴粗加工 ··································································31 3.3.2 曲面精加工 ··························································································32 3.4 五轴定轴平面铣（3+2模式） ·································································33 3.5 定轴曲面粗加工 ··················································································34 3.6 定轴曲面铣（3+2模式） ·······································································35 3.7 辅助几何体——定轴综合加工案例 ··························································36 3.8 小结 ·································································································37 第4章 NX多轴铣加工基础知识 ····························································38 4.1 驱动几何体 ························································································39 4.1.1 驱动几何体是什么 ·················································································39 4.1.2 驱动几何体有什么作用 ···········································································40 4.1.3 驱动几何体在哪里指定 ···········································································40 4.1.4 驱动几何体作用实例 ··············································································41 4.2 投影矢量 ···························································································41 4.2.1 投影矢量是什么 ····················································································41 4.2.2 指定投影矢量 ·······················································································42 4.2.3 投影矢量选项 ······················································································42 4.3 刀轴 ·································································································44 4.3.1 什么是刀轴 ··························································································44 4.3.2 指定刀轴 ·····························································································44 4.3.3 刀轴选项 ·····························································································44 4.4 多轴加工工序中加工坐标系（MCS）的定义 ·············································48 4.5 综合实例说明 ····················································································48 4.6 小结 ·································································································49 第5章 刀轴概念详解 ············································································50 5.1 远离点 ······························································································50 5.2 朝向点 ······························································································51 5.3 远离直线 ···························································································52 5.4 朝向直线 ···························································································53 5.5 相对于矢量 ························································································53 5.6 垂直于部件 ························································································55 5.7 相对于部件 ························································································55 5.8 插补矢量 ···························································································56 5.9 优化后驱动 ························································································59 5.10 垂直于驱动体 ···················································································59 5.11 侧刃驱动体 ······················································································60 5.12 动态 ·······························································································61 5.13 远离部件 ·························································································62 5.14 朝向曲线 ·························································································62 5.15 4轴，垂直于部件 ···············································································63 5.16 相对于驱动 ······················································································64 5.17 4轴，相对于驱动体 ············································································65 5.18 双4轴，在驱动体上 ············································································66 5.19 小结·······························································································67 第6章 NX四轴铣加工 ··········································································68 6.1 四轴曲线/点驱动实例说明1 ··································································· 69 6.2 四轴曲线/点驱动实例说明2 ··································································· 71 6.2.1 驱动曲线的提取 ····················································································72 6.2.2 刀轨的生成··························································································72 6.2.3 往复切削驱动面的构建 ···········································································75 6.2.4 往复切削刀轨的创建 ··············································································75 6.3 边界驱动实例说明 ···············································································77 6.3.1 加工刀轨的生成 ····················································································78 6.3.2 通过复制工序创建轮廓加工刀轨 ·······························································81 6.3.3 通过偏置曲线创建轮廓加工刀轨 ·······························································81 6.4 四轴定轴粗加工实例说明 ······································································82 6.4.1 毛坯和检查体的创建 ··············································································83 6.4.2 定轴粗加工刀轨的生成 ···········································································83 6.5 曲面驱动四轴精加工实例说明 ································································84 6.5.1 加工驱动面的创建 ·················································································84 6.5.2 四轴精加工刀轨的生成 ···········································································85 6.6 曲面驱动四轴精加工 ············································································88 6.6.1 加工模型前处理 ····················································································89 6.6.2 加工刀轨的生成 ····················································································89 6.7 曲线驱动四轴粗加工 ············································································91 6.7.1 模型优化处理·······················································································92 6.7.2 驱动曲线的创建 ····················································································92 6.7.3 MCS和WORKPIECE的预设置 ··································································93 6.7.4 粗加工刀轨的创建 ·················································································93 6.7.5 加工刀轨仿真·······················································································93 6.8 曲面驱动四轴精加工 ············································································94 6.9 曲面驱动开粗加工 ···············································································95 6.10 曲面驱动四轴精加工 ··········································································97 6.10.1 精加工驱动面的构建·············································································97 6.10.2 蜗杆面精加工······················································································98 6.11 用B曲面来创建驱动面 ········································································99 V 6.11.1 生成四轴加工刀轨 ················································································99 6.11.2 由B曲面构建的驱动面驱动刀轨 ·······························································99 6.12 驱动面构建和四轴加工 ······································································100 6.12.1 构建驱动面 ·······················································································101 6.12.2 整体粗加工方法1 ···············································································101 6.12.3 整体粗加工方法2 ···············································································103 6.12.4 小径面精加工 ····················································································103 6.12.5 螺纹面精加工 ····················································································104 6.12.6 圆角面精加工 ····················································································105 6.12.7 预处理几何体提高加工效率··································································105 6.13 创建驱动分层铣刀轨 ·········································································105 6.14 综合练习 ························································································106 6.15 小结 ······························································································107 第7章 侧倾刀轴 ··················································································108 7.1 刀轴侧倾参数说明 ··············································································108 7.2 刀轴侧倾的具体应用 ···········································································111 7.2.1 三轴深度轮廓刀轨转五轴刀轨 ·································································111 7.2.2 三轴区域轮廓刀轨转五轴刀轨1································································114 7.2.3 三轴区域轮廓刀轨转五轴刀轨2································································115 7.2.4 通常情况下的工序创建方法 ····································································118 7.3 小结 ·······························································································120 第8章 深度加工五轴铣 ·······································································121 8.1 深度加工五轴铣 ·················································································122 8.2 深度加工五轴铣的侧壁精加工 ·······························································123 8.3 深度加工五轴铣的深腔清角加工 ····························································126 8.4 深度加工五轴铣的朝向曲线刀轴设置 ······················································127 8.5 小结 ·······························································································129 第9章 可变流线铣 ··············································································130 9.1 多轴流线工件的粗加工到精加工 ····························································130 9.1.1 型腔铣二轴半粗加工 ············································································131 9.1.2 五轴可变流线精加工 ············································································131 9.2 可变流线精加工 ·················································································134 9.2.1 辅助流线的构建 ··················································································134 9.2.2 可变流线铣工序的创建 ·········································································135 9.3 可变流线铣刀具干涉的处理 ··································································138 9.4 小结 ·······························································································140 第10章 NX外形轮廓铣 ·······································································141 10.1 外形轮廓铣的常规应用 ······································································142 10.2 外形轮廓铣之自动生成辅助底面的应用·················································144 10.3 外形轮廓铣之沿壁底部的应用 ·····························································145 10.4 外形轮廓铣之指定辅助底面的应用 ·······················································146 10.5 外形轮廓铣之模型优化 ······································································146 10.6 豁口特征的处理 ···············································································149 10.7 螺旋状切入切出 ···············································································153 10.8 侧刃加工曲面侧壁 ············································································156 10.9 外形轮廓铣的综合练习 ······································································158 10.10 小结 ····························································································159 第11章 NX多轴曲线驱动加工 ·····························································160 11.1 单段曲线驱动 ··················································································160 11.2 多段曲线驱动 ··················································································161 11.3 CAD辅助CAM实例 ···········································································162 11.3.1 驱动面的创建 ···················································································· 163 11.3.2 粗加工到精加工刀轨生成 ····································································· 164 11.4 小结 ······························································································165 第12章 NX侧刃铣··············································································166 12.1 侧刃铣的常规应用 ············································································166 12.2 侧刃铣螺旋加工 ···············································································169 12.3 侧刃铣叶片精加工 ············································································170 12.4 五轴侧刃铣练习 ··············································································173 12.5 小结······························································································173 第13章一般运动 ················································································174 13.1 旋转点矢量移动 ···············································································174 13.2 跟随曲线/边 ····················································································178 13.3 跟随部件偏置 ··················································································179 13.4 小结······························································································181 第14章 NX叶轮加工模块 ····································································182 14.1 叶轮几何体的模型优化 ······································································183 14.2 叶轮几何体的创建 ············································································183 VII 14.3 叶轮模块加工工序 ············································································185 14.4 类叶轮工件的叶模块加工 ···································································190 14.5 小结 ······························································································191 第15章 NX CAM新功能说明 ······························································192 15.1 新增功能1：刀轴向上的倒扣加工 ·························································192 15.2 新增功能2：槽铣削工序 ·····································································196 15.3 新增功能3：加工建模 ········································································199 15.3.1 倒圆腔体 ··························································································199 15.3.2 分析刀槽 ·························································································201 15.3.3 3D曲线偏置 ······················································································203 15.4 新增功能4：区域选择 ········································································204 15.4.1 增强的切削区域的选择功能··································································204 15.4.2 增强的切削区域的陡峭指定功能····························································208 15.4.3 切削区域的列表编辑············································································211 15.5 新增功能5：旋转底面工序 ··································································216 15.5.1 应用实例1 ························································································217 15.5.2 应用实例2 ························································································219 15.6 新增功能6：刀具接触偏移和左偏置 ······················································222 15.6.1 刀具接触偏移 ····················································································222 15.6.2 左偏置 ·····························································································223 15.6.3 自动干涉避让 ····················································································224 15.7 新增功能7：添加中心刀路 ··································································226 15.8 新增功能8：径向槽铣 ········································································228 15.9 数控机器人 ·····················································································230 15.10 小结 ·····························································································231 第16章 NX多轴铣综合练习 ································································232 16.1 综合练习1：腔曲面的五轴精加工 ·························································232 16.2 综合练习2：头盔工件的五轴精加工 ······················································237 16.3 综合练习3：叶片工件的二轴半粗加工到五轴精加工 ·································239 16.3.1 型腔铣二轴半粗加工···········································································239 16.3.2 二次开粗和清角加工···········································································240 16.3.3 可变轮廓铣叶片精加工········································································244 16.3.4 可变流线铣叶片精加工········································································245 16.3.5 清根加工 ··························································································249 16.4 综合练习4：装配体粗加工到五轴精加工 ················································252 16.4.1 型腔铣粗加工 ····················································································252 16.4.2 二次开粗和侧壁精加工········································································ 253 16.5 综合练习5：CATIA 格式文件综合加工练习 ·············································254 16.5.1 孔加工····························································································· 255 16.5.2 侧刃精加工······················································································· 256 16.5.3 斜平面的定轴加工·············································································· 260 16.6 综合练习6：CATIA 装配文件定轴综合加工练习 ·······································261 16.6.1 实体平面的粗加工与精加工·································································· 262 16.6.2 加工模型前处理 ················································································· 264 16.7 综合练习7：维纳斯模型的粗加工到精加工·············································265 16.7.1 型腔铣二轴半粗加工··········································································· 266 16.7.2 精加工····························································································· 266 16.8 综合练习8：非叶轮模块的叶轮加工方法················································270 16.8.1 非叶轮模块的叶轮加工方法1 ································································ 270 16.8.2 非叶轮模块的叶轮加工方法2 ································································ 274 16.9 综合练习9：叶片半精加工与精加工 ······················································277 16.9.1 模型的优化处理和加工毛坯的创建························································· 277 16.9.2 叶片模型的定轴加工··········································································· 280 16.9.3 叶片模型的多轴半精加工与精加工························································· 280 16.10 综合练习10：旋转体底面加工 ····························································282 16.10.1 模型前处理····················································································· 282 16.10.2 旋转底面精加工 ··············································································· 283 16.11 综合练习11：四轴槽铣·····································································285 16.11.1 加工几何体的准备 ············································································ 285 16.11.2 四轴刀轴的生成 ··············································································· 289 16.12 综合练习12：四轴工件粗加工 ····························································290 16.12.1 毛坯和检查体的创建 ········································································· 290 16.12.2 豁口粗加工····················································································· 291 16.13 综合练习13：外形轮廓铣和侧刃铣 ······················································291 16.14 综合练习14：国家多轴加工大赛题目 ···················································292 16.14.1 第四届全国多轴数控加工大赛 ····························································· 293 16.14.2 第五届全国多轴数控加工大赛 ····························································· 293 16.15 小结 ·····························································································294 第17章工序模型的创建 ······································································295 17.1 WAVE 关联工序模型的建立 ·································································295 17.2 建立工序模型练习 ············································································300 17.3 小结 ······························································································302 第18章 刀轨虚拟仿真验证 ··································································303 18.1 NX机床加工仿真所需的各项配置文件 ···················································304 18.2 NX ISV机床加工仿真加工的应用方法 ···················································305 18.3 安全距离的设置方法 ·········································································309 18.4 机床代码仿真的设置与应用 ································································311 18.5 外部加工代码的仿真 ·········································································314 18.6 ISV仿真机床自定义 ··········································································318 18.6.1 构建ISV仿真机床的前期准备 ································································318 18.6.2 相关文件的创建 ·················································································318 18.6.3 运动组件的创建 ·················································································321 18.6.4 各运动组件联接坐标系的创建·······························································324 18.6.5 运动轴的定义 ····················································································327 18.6.6 仿真机床的注册 ·················································································333 18.6.7 自定义ISV仿真机床的应用 ···································································334 18.7 小结 ······························································································336 第19章 Sinumerik优化控制输出 ·························································337 19.1 Sinumerik优化控制输出选项功能说明 ····················································337 19.2 Sinumerik优化控制输出选项的调用和使用方法 ········································338 19.3 针对Sinumerik数控系统的特定后处理 ····················································339 19.4 小结 ······························································································340 第20章 NX多轴加工辅助功能 ····························································341 20.1 利用锁定轴清除多余代码 ···································································341 20.2 以ACS为准摆正模型 ·········································································343 20.3 小结 ······························································································347 附 录 ··································································································348 2 NX多轴加工实战宝典 NX是西门子新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。 它是当今应用最广泛、最具竞争力的CAE/CAD/CAM大型集成软件之一，是知识驱动 自动化技术领域的领先者，在汽车与交通、航空航天、日用消费品、通用机械、电子 工业及其他高科技领域的机械设计和模具加工自动化等领域上得到了广泛应用，其功 能包括产品设计、工件装配、模具设计、NC加工、工程图设计、模流分析和机构仿 真等。 与同类产品相比，对于从概念设计到制造一体化的NX而言，它在CAD/CAM/CAE 方面的主要竞争对手如下（作者个人观点）。 .CAD产品设计方面，主要竞争对手是美国PTC 公司的CERO 和法国达索公司的 CATIA 。相对于CATIA，NX的优势是实体设计与编辑，劣势是曲面设计。 .注塑模具设计方面，主要竞争对手是美国PTC公司的CERO。相对于CERO， NX的优势是与强势的NX CAM集成。 .汽车冲压模具设计方面，主要竞争对手是法国达索公司的CATIA 。 .CAM数控加工方面，主要竞争对手是英国达尔康公司的PowerMILL。相对于 PowerMILL，NX的优势是与强势的NX CAD、模具设计、电极设计集成，不但 可以通过WAVE 创建关联工序模型，而且善于处理复杂体的精加工；劣势是针 对大型复杂几何体的刀轨计算速度相对较慢。图0-3所示为NX 加工模型优化前 处理。 图0-3 NX加工模型优化前处理 .CAE有限元分析领域，主要竞争对手除了师出同门的MSC Nastran外，还有 ABQUS和Ansys。 0.2 NXCAM概述 NX CAM作为一个全面集成的加工解决方案，除了提供各种切削工序的创建方式 外，还提供了下列功能：支持NURBS代码、在加工环境下的全装配仿真、基于特征的 加工自动化、车间文档输出、用于NC编程的CAD 模型、机床仿真和开放的后处理构建 工具（本书会有选择地，描述除五轴编程之外的其他相关功能）。 由于现在NX隶属于西门子工业公司，因此在NX CAM环境中，提供了针对 SINUMERIK（西门子数控系统）的诸多优化控制输出功能。 NX CAM 集CAD/CAM功能于一体，具有以下一些优点。 .单一的用户界面和数据源，消除了数据转换和交流障碍。 第 0 章 NX 多轴加工概述 3 . 避免在转换过程中造成数据破损，继而导致的数据修补及重建等重复性劳动。 . 直接对几何模型进行优化处理或构建辅助几何体。 . 针对开放曲面区域进行修补。 . 支持并行协同作业，加速产品上市时间。 . 可作为模型几何质量分析工具。 0.3 五轴加工的优点 五轴加工具有以下优点。 . 简化了制造流程，减少了工件装夹次数及装夹误差，提高了机床利用率。 . 减少了对EDM及手工抛光的需要。 . 使用较短的刀具，改善了切削条件，降低了偏差，能获得更高的表面质量和加 工精度。 . 延长了刀具的使用寿命，减少了对其他加工设备的使用，如减少电加工设备的 使用可减少电极数量。 . 使加工任意复杂程度的工件成为可能。 0.4 NX CAM加工解决方案流程图：从产品设计到制造 该流程图如图0-4所示。 图0-4 从设计到加工过程的流程图 0.5 NX五轴CAM模块所需计算机配置 建议使用工作站级的计算机，如联想、戴尔和惠普的专业级工作站计算机（这 种计算机针对大型工业软件系统做了很多优化），同时最好配备三维球，以提高工 作效率。 用于NX五轴编程的计算机硬件配置最低要求为：英特尔I3级别或以上的处理器、 独立显卡（最好是通过西门子工业软件认证过的专业显卡）、8GB或以上内存。操 作系统方面的要求为：Windows 7 64位专业版操作系统或NX要求的其他（如Linux、 MAC）64位操作系统（NX自NX9就停止了对32位操作系统的支持）。 0.6 NX 10经典界面模式的转换 NX 10软件界面与以往版本有了质的变化，但由于作者习惯于经典的NX界面，因 此，本书涉及的相关界面和路径均按“经典工具条（传统界面）”模式设置。 将NX 10默认界面转换至经典界面的方法有以下两种。 （1）选择【文件】→【实用工具】→【Customer Defaults（用户默认设置）】， 在展开的对话框中，单击Gateway（基本环境）选项，选择User Interface（用户界 面）；在Layout（布局）选项卡中选择Classic Toolbars Only（仅经典工具条）单选按 钮，如图0-5所示。单击确定并重启NX后，界面将改变为经典模式。 图0-5 设置界面布局为经典模式 （2）读者也可以通过加载training文件夹中的NXmyrole.mtx界面文件，将NX界面 设置为经典模式。加载此文件的方法为：选择【首选项】→【User Interface（用户界 面）】，随后在User Interface Preferences（用户界面首选项）对话框中，选择Roles（角 色）选项，单击Load Role（加载角色）按钮，浏览并选择NX10myrole.mtx角色文件后 即可，参见图0-6。 图0-6 加载界面文件 0.7 本书所需背景知识的要求 由于本书为NX CAM中最高级别的多轴铣加工学习教材，因此，请读者在阅读本 书前，最好具备熟练的NX二轴半到三轴铣编程技能和熟练的NX CAD知识（本书中涉 及到此类背景知识的内容，均为简单叙述或直接略过）。 第1章 格式转换 在现代化的生产制造过程中，人们已经越来越高度依赖使用计算机来进行数据管 理（PDM）、产品设计（CAD）、产品分析（CAE）和数控制造（CAM）了。这类软 件有很多产品，因此在实际的生产过程中，需要交换数据的上下游企业、院校等也许 使用着不同的PLM（产品全生命周期管理）系统或软件，因此就涉及到了不同数据格 式的转换。 就产品制造而言，目前市场里有很多种软件，其中有些系统只有产品设计功能， 有些只有有限元功能，还有一些只有数控制造功能。而同时具有产品设计、有限元分 析、模具设计和数控制造且功能完善的系统并不多。 NX具有完备的产品设计、模型前处理、模具设计和数控制造功能，这使得它成为 该领域市场占有率中的领先者。因此，如果需要，可以把由其他工业软件生成的模型 导入到NX中进行编辑修改、模具设计、模型前处理或数控制造。 1.1 NX可打开或输入的数据格式 在NX中，可以直接打开或输入的主流原格式文件如下（有些需要专用数据接口的 支持）。 . NX原格式； . Solid Edge的原格式部件模型文件、装配模型文件、钣金文件和焊接文件； . DEAS的原格式文件； . PROE的原格式部件模型文件、装配模型文件； . SolidWorks的原格式部件模型文件、装配模型文件； . CATIA v4的原格式部件模型文件； . CATIA v5的原格式部件模型文件、装配模型文件； . AutoCAD的原格式部件模型文件； . Imageware的原格式部件模型文件。 NX可以直接打开或输入的中间格式文件如下。 . JT轻量化文件格式； . IGES（IGE,IGES）曲面格式； . STEP（213，214）曲面格式； . PARASOLID实体格式（对于装配体，打开和输入效果并不一样）； . CGM计算机元格式； . STL三维扫描数据格式。 1.2 NX可输出的数据格式 NX可以输出的原版格式和中间格式如下。 . NX原格式； . PARASOLID实体格式（向其他系统输出时注意版本）； . IGES（IGE，IGES）曲面格式； . STEP（213，214）曲面格式； . AutoCAD的原格式部件模型文件； . CATIA v5的原格式； . CATIA v4的原格式； . JT轻量化文件格式。 1.3 NX支持的其他数据格式 除了上述这些格式外，NX还支持打开、输入和输出一些其他小众的格式，如图1-1 所示。 可打开的格式 可输入的格式 可输出的格式 图1-1 NX支持的转换格式 1.4 小结 通过前面的内容可以看出，NX支持几乎所有主流CAD/CAM系统的原生格式，同 时也全面支持各种通用的中间格式。 由于上下游用户使用的CAD/CAM系统可能不尽相同，又由于某些原因在数据流转 过程中无法得到原生格式而不得不通过中间格式进行转换时，应尽量使用PARASOLID 格式（后缀名为.X_T）进行转换。这是因为NX的开发内核为PARASOLID，同时很多 主流的CAD/CAM系统也使用NX PARASOLID内核开发，因此，无论将数据从NX高版 本转换到NX低版本，还是在各种CAD/CAM/CAE系统之间进行数据转换，使用该格式 几乎不会出现模型破损问题。 另外需要注意的是，由于PARASOLID内核为NX所有，因此NX的PARASOLID 版本为所有制造系统中的最高版本。所以当数据从NX中以这种格式转换到其他CAD/ CAM/CAE系统时，一定要注意版本（其他制造系统支持不了较高的版本）。比如要将 NX数据以PARASOLID格式转换到CAXA制造工程师2013时，在NX中指定PARASOLID 输出版本为11即可。 由于个别软件对PARASOLID的支持不够完善，如CATIA V5，因此，当NX与 CAITA V5之间的数据转换无法通过原生格式进行时，推荐使用STEP格式，以减少模型 破损带来的后期再编辑成本。 第2章 NX多轴孔加工 NX多轴孔加工与二轴半孔加工在工序创建上的主要区别在 于刀轴的控制。如图2-1所示。要在工件上加工一个斜孔，则在 加工此孔时，刀轴也必须进行相应地倾斜。 本章主要通过6个案例对NX多轴孔加工中涉及到的一些关键 参数进行说明和讲解。第1个案例主要介绍顶面为平面的孔在多 轴孔加工编程中需要注意的一些关键参数。第2个案例和第3个案 例主要介绍孔所在顶面为曲面的情况下，确定刀具轴向的方法。 在实际的生产过程中，并不是所有的孔特征都需要通过钻头来进行加工，因此在 第4个案例中，主要强调如何使用端铣刀通过铣削的方法来加工诸如沉头或其他不便用 钻头来加工的孔特征。 因为本章主要介绍NX多轴孔特征数控编程技术，所以希望本书的读者在阅读前最 好具备熟练的NX二轴半孔加工编程技能和全面的NX建模技能，当然，相应的工艺知 识最好也要有所了解。 2.1 顶面为平面的孔特征加工 01 打开training\2\millturn_demo_design.prt文件，选择【启动】→【加工】，进入数控 加工模块，参见图2-2。 图2-2 平面孔加工工件 图2-1 多轴孔加工刀轨 02 在随后出现的Machining Environment（加工环境）对话 框中选择CAM Setup to Create（要创建的CAM设置）栏中的 drill（打孔）选项，单击OK按钮，参见图2-3。 03 选择【插入】→【工序】，在Create Operation（创 建工序）对话框中选择钻孔工序，并根据具体情况对 Program（程序）、Tool（刀具）、Geometry（几何体）、 Method（方法）以及Name（名称）进行设置，参见图 2-4，单击OK按钮后，进入Drilling（钻孔工序）对话框， 如图2-5所示。 图2-4 选择钻孔工序图 2-5 钻孔工序对话框 04 在钻孔工序对话框中，单击Specify Holes（指定孔）按钮，在随后出现的Point（点 到点几何体）对话框中单击Select（选择）按钮，如图2-6所示。然后单击实体孔的边缘 即可选中该孔（图2-7中高亮平面中间的那个孔），再逐级确定回到钻孔工序对话框。此 时“指定孔”按钮右侧的手电筒状按钮将高亮显示，表示已经选择过相关对象。 图2-6 选择孔 图2-7 平面孔特征选择 注 选择实体孔时，单击其顶部边缘的弧线即可。 图2-3 孔加工工序 05 在钻孔工序对话框中单击Specify Top Surface（指定顶面）按钮，在随后出现的Top Surface Option（顶部曲面）对话框中选择Face（面）选项（也就是将选择过滤指定为 实体表面），然后选择图2-7中的高亮平面，以此面作为该孔的加工顶面，参见图2-8。 图2-8 选择孔加工顶面 06 在钻孔工序对话框中单击Specify Bottom Surface（指定底面）按钮，用同样的方法 选择图2-7中的高亮内圆柱面，以此面作为该孔的加工底面。 07 在钻孔工序对话框的工具一栏中新建一个钻头，用于钻孔加工。在New TooL（新 建刀具）对话框中，为即将创建的钻头取一个易于识别的名字，以备后期再用，如图 2-9所示。然后设置好各项钻头参数以及Tool Number（刀具号T值）和Adjust Register（补偿寄存器号H值）（这2个参数用于自动换刀），参见图2-10。 图2-9 选择钻头 图2-10 设置钻头参数 注 按照加工工艺，应该先创建用于创建定位孔工序使用的中心钻头，但由于定位也 工序的创建方法和孔加工工艺相似，所以该步骤略过。 08 在钻孔工序对话框的Axis（刀轴）一栏中选择Specify Vector（指定矢量）选项， 用于确定此次孔加工工序的刀轴矢量，如图2-11所示，在随后出现的Vector（矢量）对 话框中设置其为Inferred Vector（自动判断的矢量）选项，参见图2-12，然后选择图2-7 中的高亮平面，即以此平面的法向为刀具轴的轴向。当然，用“面/平面法向”方式来 确定刀轴矢量也具有相同的效果。 图2-11 指定刀轴矢量 图2-12 刀轴的指定 09 确定所做设置后回到钻孔工序对话框中，在刀轨设置栏中选择“避让”按钮，选 择Clearance Plane-None（安全高度）选项以为此工序指定一个安全高度。在随后的安 全平面对话框中以指定和自动判断的方式选择图2-7中的高亮平面，并定义50mm向上方 向为安全高度。然后逐级确定，直到回到钻孔工序对话框中，参见图2-13。 图2-13 指定安全高度 10 在钻孔工序对话框中单击“进给率和速度”按钮，为此工序按照加工工艺要求指 定合理的刀具转速和进给率，如图2-14所示。 注 有些值使用默认设置即可。当OK（确定）按钮为灰显时，NX界面的右下角会出现如 图2-15所示的警告信息，表明进给率与转速未运算，这时单击Spindle Speed（主轴速 度）复选框后面计算器按钮即可解决此类问题（表面速度和每齿进给量将会自动填写）。 图2-14 进给率与转速 图2-15 进给率与转速未运算报警 11 至此，定轴孔加工工序所需要的加工参数都已设置完毕。选择钻孔工序对话框底 部左下角的Generate（生成）按钮生成孔加工刀轨，如图2-16所示，最终生成的刀轨结 果如图2-17所示。 图2-16 生成工序 图2-17 钻孔刀轨 以下是经过后处理的此次孔加工G代码（其中包含有A值）。 N4 G91 G28 X0.0 Y0.0 N5 G90 G53 G00 A0.0 :6 T0 M06 N7 G97 G90 G54 N8 A-120. N9 G43 H00 S0 M03 M08 N10 G94 G90 X66.675 Y0.0 Z65.275 N11 G99 G81 X66.675 Y0.0 Z31.341 F250. R44.275 2.2 顶面为曲面的孔特征加工1 本例具体工序流程与2.1节中实例基本相同，只在对刀轴的控制上有所区别。 01 按照2.1节中实例的工序流程单击“指定孔”按钮，在随后出现的点到点几何体对 话框中先单击 “选择”按钮，然后单击All Holes on Face（面上所有孔）按钮设定这种 选择方式，单击孔所在的外柱面来批量选取此面上的所有孔（这些孔的直径、深度相 同），参见图2-18和图2-19。 图2-18 面上所有孔 图2-19 选择外柱面上的所有孔 02 按照2.1节中实例的工序流程指定顶面为图2-20中高亮显示的这些孔所在的外柱 面，指定底面为图2-21所示的能确定这些孔加工深度的中心柱面（小径面）。 图2-20 选择孔顶曲面 图2-21 选择孔底曲面 03 按照2.1节中实例的工序流程选择尺寸合适的钻头后，指定Axis（刀轴）为Normal to Part Surface（垂直于部件表面）选项，参见图2-22。 图2-22 设置刀轴垂直于部件 注 选择刀轴选项为垂直于部件表面时，系统会自动识别孔轴，并指定孔轴为刀轴。 04 按照2.1节中实例的工序流程对话框的Cycle Type（循环类型）栏中选择Edit Parameters（编辑参数）（以扳手图标标识）按钮，如图2-23所示），指定下列相关 参数。 . 当指定参数组时直接确定默认设置即可（即无需指定参数组）； . 在Cycle（循环）参数对话框中，指定RTRCTO – NONE选项； . 设置Rtrcto（偏置）距离为20mm（跨越高度），参见图2-24。 图2-23 设置全刀轨避让 图2-24 指定Rtrcto值 注 此步骤是为孔顶面为曲面的孔加工工序设置避让安全高度，与2.1节中实例顶面为 平面的工况设置避让高度方法有所不同。 05 按照2.1节中实例的工序流程将其他参数按照加工工艺要求设置完成后，单击“生 成”按钮，生成带避让跨越的刀轨，参见图2-25。 图2-25 柱面孔刀轨 06 此外，也可以只编制一个孔的工序程序，然后在操作导航器中选择这个工序后， 通过右键菜单，选择【对象】→【变换】，对其进行圆周阵列操作（使用方法和在建 模中的变换方法类似），参见图2-26。 图2-26 刀轨阵列 注 由于阵列打孔编程方法各个刀轨之间无跨越连接，因此在实际生产中，在将阵列 后的所有刀轨一起进行后处理时，跨越运动将完全依赖后处理中的相关定义。 2.3 顶面为曲面的孔特征加工2 本例的工序流程与2.1节中实例基本相同，只在对刀轴的控制上有所区别。 01 打开training\2\1_drill.prt文件，曲面孔加工工件，如图2-27所示。 图2-27 曲面孔加工工件 02 按照前述的方法和工序流程选择此工件顶部弧面上的两个孔作为欲加工的孔，并 指定顶面为弧面，底面不指定，参见图2-28。 图2-28 指定孔 注 在本案例中，工件底面为多重解（两孔不等深），因此无法通过指定底面来确定 孔的加工深度。孔的加工深度将由其他参数来确定。 03 按照前述的方法和工序流程选择尺寸合适的加工钻头。 04 在Axis（刀轴）下拉列表中选择Normal to Part Surface（垂直于部件表面）选项， 并选中Use Arc Axis（用圆弧的轴）复选框。这样系统就会自动识别孔轴，并指定孔轴 为刀轴，参见图2-29。 图2-29 曲面孔加工刀轴的确定 05 按照前述的方法和工序流程将其他参数按照加工工艺要求设置完成后，选择“生 成”按钮，生成刀轨。此时可以看到由于最小安全距离设置不足，导致刀轨与部件跨 越干涉，如图2-30所示。 图2-30 刀轨跨越干涉（干涉刀轨隐藏于实体内） 注 此时的跨越干涉刀轨基本位于实体内部。 06 图2-30所示的刀轨跨越干涉的解决方法如下。 （1）单击“指定孔”按钮，在点到点几何体对话框中，单击Avoid（避让）按钮 （参见图2-6）。 （2）依次选择两个孔的圆心处（由于并无捕捉提示，所以大致选中即可）。 （3）选择随后出现的对话框中的“距离”选项（用安全平面也可以）。 （4）输入一个较为合理的跨越高度距离值（此处输入20），然后依次确定直到回 到钻孔工序对话框中。 07 按照工艺要求将其他参数设置完成后，重新生成刀轨，此时刀轨如图2-31所示。 图2-31 刀轨避让 注 此时孔加工深度为系统自动判断。当系统自动判断得不准确时，可在对话框循环 类型栏中选择编辑参数按钮，在随后出现的指定参数组对话框中直接选择确定按钮， 在Cycle（循环）参数对话框中，选择“DEPTH-模型深度”选项，在随后出现的对话 框中选择“模型深度”选项即可。 2.4 铣削孔加工 某些孔，如沉头孔，在通常情况下是采用铣削的方式来加工的。在NX中，铣削孔 刀轨示意图如图2-32所示。 01 打开training\2\mill_hole.prt文件（参见图2-33），选择【启动】→【加工】，进入 数控加工模块。 图2-32 铣削孔刀轨 图2-33 铣削孔工序工件 02 在进行多轴铣削孔加工工序前，先将WCS坐标系（工作坐标系）放在合适的位置 上（注意各个轴向），选择【插入】→【几何体】，将MCS坐标系参考WCS坐标系放 置，参见图2-34和图2-35。 图2-34 指定坐标系MCS 图2-35 设置坐标系MCS 注 在Create Geometry（创建几何体）对话框中要留意设置的名称，因为后期可能会 再次用到。如果没有记住，那么在几何视图中通过工序导航器来查看。 03 在Create Geometry（创建几何体）对话框中，设置Type（类型）为drill（打孔）， Geometry Subtype（几何体子类型）为WORKPIECE；在Location（位置）栏中指定 Geometry（几何体）为上一步创建的MCS（名称）（此处选择MCS_1）；在Name（名 称）栏中使用默认的坐标系WORKPIECE，参见图2-36。 图2-36 设置WORKPIECE 注 此工件上的几个大孔的铣削在本案例中准备使用铣削孔（多轴）工序加工，但 在铣削孔工序中并没有用于指定部件的选项，因此可能会发生干涉问题。为此建立一个 WORKPIECE（在WORKPIECE中指定部件和毛坯），并使WORKPIECE成为铣削孔工序 的父参数。由于铣削孔工序继承了父参数中的部件，所以系统会自动遏制干涉的产生。 04 确定所做设置后，在工件对话框中指定部件为图2-33中的实体，指定毛坯为 Bounding Block（包容块），参见图2-37。然后逐级确定，直到工件对话框关闭。这时 在几何体视图中通过工序导航器可以看到在MCS_1项下有一个WORKPIECE选项，表 示此时的MCS_1参数成为WORKPIECE的父参数，参见图2-38。 图2-37 创建包容块毛坯 图2-38 创建WORKPIECE 注 在建模环境中创建可编辑的包容块的方法是，在搜索框中输入关键字creat box（中文界面下则输入“创建方块”，或在定制中的小平面建模中提取）。 05 选择【插入】→【工序】，打开Create Operation（创建工序）对话框，设置Type（类型）为hole-making，Operation Subtype（工序子类型）为“铣削孔”， Geometry（几何体）为上一步创建的WORKPIECE。如果需要，将其他参数设置完整，确定所 做设置后，即可打开Hole Milling（铣削孔）对话框，参见图2-39和图2-40。 图2-39 创建孔铣削工序 图2-40 指定加工特征 06 在铣削孔对话框中，按下述步骤指定相关几何体。 （1）单击Specify Feature Geometry（指定特征几何）按钮，参见图2-40。 （2）在Feature Geometry（特征几何）对话框中，在In Process Workpiece（处理中 的工件）下拉列表中选择Local（局部），并依次选择图2-41中4个较大的孔（选择孔的 柱侧面即可）。 图2-41 选择4个盲孔加工特征 （3）在Depth Limit（深度限制）下拉列表框中选择 Blind（盲孔）选项。 07 确定所做设置后回到铣削孔工序对话框中，此时指定特征几何按钮后面的“手电 筒”按钮高亮显示，表示已经选择过相关对象。 08 按照前述方法新建一把尺寸合适的端面铣刀，并按照实际加工工艺要求依次设 置其他参数。参数设置完成后，选择“生成”按钮，生成多轴铣削孔刀轨，参见图 2-42。 09 对于本例中涉及的凸台特征，可在第5步中，设置Operation Subtype（工序子类 型）为Boss Milling，这样就会生成与铣削孔一样的凸台螺旋刀轨，如图2-43所示。螺 旋刀轨也可用于铣削螺纹加工，参见图2-44。 图2-42 刀轨生成 图2-43 铣削凸台 图2-44 铣削螺纹 2.5 曲面铣削孔加工 01 打开一个有柱面孔特征的工件，参见图2-26。 02 将坐标系调整到与机床一致后，进入铣削孔工序对话框中，参见图2-45。 图2-45 创建曲面铣削孔工序 注 由于作者所用NX打补丁的原因，导致个别版本中的同一对话框样式有所差别。 03 通过按下Specify Feature Geometry（指定特征几何体）按钮启用相应的功能来选择 孔。选择的方法是：选择孔的柱侧面，此时会显示一个坐标系，注意坐标系的+Z轴方 向要向外（如果向内，则需要选择反向按钮来进行调整），同时将深度限制选项设置 为“通孔”，参见图2-46。 注 坐标系的+Z轴方向向外的意思是刀具夹持器在工件外侧。 图2-46 确定孔加工方向 04 按顺序依次选取需要加工的孔，进入非切削移动对话框，指定如下避让参数，参 见图2-47。 图2-47 设置圆柱跨越 . 在Transfer/Rapid（转移/快速）选项卡中，指定Clearance Option（安全设置）为 Cylinder（圆柱）； . 指定Specify Point（指定点）为坐标系原点（即柱端面圆心）； . 指定Specify Vector（指定矢量）为XC轴； . 指定Radius（半径）为55（此值必须大于工件半径）。 注 安全设置指定为圆柱的意思为，刀轨的跨越运动都将产生在这个半径为55的圆柱 范围上。 05 其他参数按照工艺要求设置后，生成刀轨，参见图2-48。 图2-48 曲面孔铣削刀轨 06 此时发现刀轨的“R”值过大，通孔也仅是刚刚切透。从实际的加工角度来说，工 艺不算最优，因此，在铣削孔工序对话框中单击Cutting Parameters（切削参数）按钮， 在策略选项卡中，将Extend Path（延伸刀轨）栏中的两个Distance（偏置距离）值都改 为1，即“R”值为1mm，通孔底部切透1mm，参见图2-49。 07 再次生成刀轨，如图2-50所示。 图2-49 设置切入切出 图2-50 最终生成的曲面孔铣削刀轨 2.6 孔特征钻孔应用 在前文所述的孔加工（drill）工序中，对于非切削移动，只能生成如图2-25所示的 样式。为了在打孔工序中实现如图2-50所示的高效的非切削移动，可利用hole _making 类型生成孔加工刀轨，如图2-51所示。 图2-51 孔特征类型 01 打开training\2\offset_plug.prt文件，参见图2-51。 02 进入加工模块中，选择要创建的CAM，设置为hole_making类型，参见图2-51。 03 为了后期系统能够正确生成刀轨以及进行避让，须预先指定MCS坐标系和 WORKPIECE。因此选择Geometry view（几何体视图），并展开工序导航器，如图 2-52所示。 图2-52 创建MCS坐标系和WORKPIECE 04 双击MCS坐标系，将MCS坐标系与WCS坐标系对齐（+ZM轴指向工件轴心。假设 加工机床为五轴），并创建WORKPIECE（部件为图2-51中的实体，毛坯为包容圆柱 体），如图2-53所示。 图2-53 WORKPIECE的设置 05 打开Create Operation（创建工序）对话框，指定Type（类型）为hole_making， Operation Subtype（工序子类型）为“Drill（钻孔）”，并确定Geometry（几何体）下 拉列表中选择的是上步创建的WORKPIECE，参见图2-54。 图2-54 设置孔特征钻孔工序 06 确定所做设置，在Drilling（钻孔）工序对话框中，单击Specify Feature Geometry（指定特征几何体）按钮，如图2-55所示。 图2-55 指定特征几何体 07 在Feature Geometry（特征几何体）对话框中，选择欲加工的孔对象，参见图 2-56。注意指定方位和深度限制的设置，其他设置参见前述。 图2-56 加工几何体的选择 08 在钻孔工序对话框中，选择Non Cutting Moves（非切削移动）选项，并按图2-47所 示的方法指定圆柱跨跃避让。同时指定Transfer Type（转移类型）为Lowest Safe Z Type （Z向最低安全距离）选项，参见图2-57。 09 其他参数按照工艺要求进行设置后，生成刀轨，如图2-58所示。 图2-57 指定非切削移动 图2-58 高效避让钻孔刀轨 2.7 多轴孔加工综合练习 通过对本章内容的学习，想必读者已经了解并掌握 了NX多轴孔特征加工的编程方法。接下来请读者试着将 图2-59所示模型中的孔加工工序制作出来。当然，如果 在工作或学习中能够找到其他多轴孔加工文件，也可以 用来练习。 文件training\2\trun_mill_drill.prt中的工件如图2-59 所示。 图2-59 练习用的工件 2.8 小结 本章内容涉及常用的孔加工技巧，虽然并未涉及诸如镗孔、铰孔等的加工工序创 建方法，但在NX中，这些工艺工序的创建方法和孔加工几乎是一样的，区别只是在于 工艺参数和刀具的选择。 熟读并且掌握了本章所谈到的孔加工工艺工序的创建方法和技巧后，如果读者是 在校学生，可以试着在机床上加工一些不同特征的孔，如果是企业数控加工方面的工 作人员，可以直接在工作中应用这些技巧。当然，在实际上机床加工之前，一定要确 保后处理是正确的。 第3章 定轴加工 在用于实际生产的多轴数控工序创建过程中，定轴加工永远是优先使用的工序。 在学习定轴工序编制应用方法前，首先得了解一个概念：什么是定轴加工？定轴 加工在多轴加工工序中可以分为3+1和3+2两种模式，其中3+1模式可以理解为三轴联动 加一个用于将工件定位的轴；3+2模式可以理解为三轴联动加二个定位轴，即在多轴数 控加工切削开始前，A轴（B轴）或C轴或此两轴联动（五轴加工机床）旋转将工件定 位至一定的位置和角度后，保持此状态固定不动，并在此基础上，其他轴运动，开始 切削加工。 虽然多轴机床加工性能更加优越，但由于其结构复杂，精密程度较高，因此导致 多轴机床的刚度相对较低，积累误差相对较高，加工成本高昂。在实际加工时，尤其 是开粗加工时，从加工工艺上讲，要尽可能地采取定轴的方式来进行。另外，从编程 的角度讲，定轴加工一般都是使用二轴半或者三轴编程工序，从成熟度和可靠性上讲， 也要更好一些。总之，只有在必须的情况下，才使用多轴机床进行多轴联动加工。 NX 3+2模式的定轴加工与二轴半到三轴加工在工序使用方法上的主要区别在于对 刀轴的控制。因此，读者在阅读本章前最好具备熟练的NX二轴半到三轴加工编程技能 和全面的NX建模技能，当然，相应的工艺知识最好也要有所了解。 本章主要通过7个实例来讲述多轴定轴铣加工工序的创建，分别应用于四轴铣机床 上的定轴平面铣、定轴曲面铣（也可以称之为3+1 模式）和应用于五轴铣机床上的定轴平面铣，定轴 曲面铣（也可以称之为3+2模式）。 首先通过图3-1让读者对定轴加工有一个初步 的认识。在图3-1中，刀轴矢量指定为切削平面的 法向方向（在切削过程中保持不变），该切削方式 是一个简单的二轴半运动。 接下来通过对维纳斯模型的粗加工过程让读者 对定轴加工进一步地了解。 图3-1 平面定轴铣 01 维纳斯原始加工模型，其中半透明圆柱几何体为加工毛坯，如图3-2所示。 图3-2 维纳斯加工模型工装和毛坯 02 使用四轴定轴铣的方法粗加工维纳斯身体正面。由于维纳斯模型有很多区域属于 倒扣区域，因此使用四轴定轴加工的方法来对维纳斯模型进行粗加工处理。四轴定轴 切削开始前，B轴先旋转至使维纳斯模型正面垂直于刀具轴的轴向，这时B轴锁定，然 后使用三轴曲面粗加工（如型腔铣）的方法对其进行粗加工，直至完成。再用同样的 方法，完成对维纳斯模型背面的粗加工，参见图3-3。 图3-3 维纳斯模型正面定轴粗加工 03 后处理得到的维纳斯定轴加工G代码（B值只出现在加工开始时）。 N7 G43 H26 S8000 M03 M08 N8 G00 B-90. N9 G90 G01 X141.252 Y24.258 Z13.446 F8000. N10 X74. F4800. N11 Y23.626 Z2.406 F3600. N12 Y23.506 Z1.578 N13 Y23.244 Z.784 这个加工过程是一个典型的定轴3+1模式，即在加工过程中，除了X、Y、Z轴在运 动外，还有一个B轴，在这里B轴起到了定向（位）的作用。倘若有两个轴起到了定向 （位）的作用，如A轴和C轴，即可理解为3+2模式。 下面通过7个实例，让读者具体地学习一下NX定轴铣加工工序的创建方法和使用 技巧。 3.1 四轴定轴平面铣（3+1模式）实例 本例通过一个简单、典型工件的加工来介绍创建定轴平面铣削工序的方法。 01 打开training\3\millturn_demo_design.prt文件，参见图3-4。 工艺分析：这是一个需要车铣复合才能加工完成的工件，本例假定该工件的车削 加工工作已经完成，只需要进行铣削加工。 02 选择【启动】→【加工】，进入数控加工模块，在Machining Environment（加工环 境）对话框中，选择CAM Setup to Create（要创建的CAM设置）栏中的mill_planar（平 面加工）选项，并确定设置，参见图3-5。 图3-4 四轴定轴平面铣工件 图3-5 平面铣工序选择 03 选择【插入】→【工序】，在Create Operation（创建工序）对话框中单击“边界 面铣削”按钮，并根据具体情况对Program（程序）、Tool（刀具）、Geometry（几何 体）、Method（方法）以及Name（名称）选项进行必要的设置，参见图3-6。单击OK 按钮确定后，进入Face Milling（使用边界面铣削）工序对话框，参见图3-7。 图3-6 边界面铣削工序选择 图3-7 边界面铣削工序对话框 04 在边界面铣削工序对话框中，指定下列相关几何体。 . 指定Specify Part（指定部件）为图3-4中的实体。 . 指定Specify Face Boundaries（面边界）为图3-8中所指的平面。 05 在边界面铣削工序对话框的工具栏中新建一个端铣刀，用于加工实体平面。在这 个对话框里，最好给即将创建的端铣刀起一个易于识别的名字，以备后期选用。单击 OK按钮后设置好端铣刀各项参数以及刀具的T值、长补偿寄存器号H值、补偿寄存器号 D值（这3个参数用于自动换刀），参见图3-9。 面边界 图3-8 指定边界 图3-9 设置平面铣刀具 06 在Axis（刀轴）下拉列表中选择Specify Vector（指定矢量）选项，并选择以 “Inferred Vector（自动判断的矢量）”方式单击图3-8中所指的平面，即以此平面的法 向为刀具轴的轴向。当然，使用“Face/plane Normal（面/平面法向）”方式选择此平 面来确定刀轴矢量也有同样的效果，参见图3-10。 图3-10 设置四轴平面铣轴向 07 将其他参数按照加工工艺要求设置完成后，单击“生成”按钮，生成刀轨，参见图3-11。 图3-11 四轴平面铣刀轨 08 由于周边均匀分布同样的6个面，因此对它们的加工只须将生成的刀轨进行圆形阵 列操作即可。进行阵列操作的方法是：在工序导航器中右击此工序名，选择【Object（对象）】→【Transform（变换）】，创建6个定轴平面铣工序，参见图3-12。 图3-12 四轴平面铣刀轨阵列命令 3.2 定轴平面铣综合练习 在本例中，读者可通过典型的定轴铣削工件加工来完成对定轴平面铣削工序的综 合练习。 01 打开training\3\ 5axis_plannr_drill.prt文件，并 进入加工模块，参见图3-13。 02 在mill_planar类型下拉列表中，选择“使用边 界面铣削”类型，并在其设置界面中指定如下相 关参数，如图3-13所示。 . 指定部件为图3-13中的实体； . 指定面边界为图3-13中所指的平面； . 设置刀轴为图3-13中所指平面的法向（以 自动判断模式选择该平面即可）； . 切削模式选择“跟随部件”选项； . 毛坯距离设置为12.6mm（腔深）； . 其他参数按照工艺要求进行设置，生成粗加工工序，如图3-14所示。 03 在工序导航器中复制上一步完成的粗加工工序，粘贴后对其进行如下编辑。 . 切削模式由“跟随部件”改为“轮廓加工”选项； . 其他参数也同时按工艺要求进行更改，生成侧壁精加工工序，参见图3-15。 图3-13 定轴铣工件 切削平面 04 使用与上一步相同的方法复制、粘贴、编辑工序，生成底面精加工工序刀轨，参 见图3-16。 图3-14 定轴粗加工刀轨 图3-15 定轴精加工侧壁刀轨 图3-16 定轴精加工底面刀轨 3.3 定轴曲面铣实例 本例介绍典型定轴铣削工件的定轴曲面铣削工序 方法创建。 打开training\3\sim_final.prt文件，参见图3-17。 工艺分析：此为典型的定轴铣加工工件，圆柱侧 面特征适于用3+1模式（四轴定轴）加工，而顶面凹腔 特征则适于用3+2模式（五轴定轴）加工。 3.3.1 毛坯的预处理以及定轴粗加工 01 在建模环境中，将以底面边缘拉伸而成的与此工件等长等直径的包容圆柱体作为 毛坯。注意调整工作坐标系WCS，以适用于四轴加工工况，参见图3-18。 图3-18 定轴曲面铣工件毛坯 适于用3+2 模式加工 图3-17 定轴曲面铣工件 02 为了避免因毛坯原因造成多余刀轨的产生，对毛坯模型进行编辑：使用图3-17中工 件顶部的曲面对圆柱毛坯体进行修剪操作，生成如图3-19所示的局部毛坯。 图3-19 定轴曲面铣工件毛坯修剪 03 进入数控加工模块。在随后出现的加工环境对话框中，将CAM设置为mill_contour（曲面铣），单击OK按钮，参见图3-20。通过创建几何体功能调整MCS与WCS坐标系 完全一致（关于坐标系的调整，请参阅2.4节）。 图3-20 定轴曲面铣工序 04 根据图3-19中所示的部件和毛坯体创建型腔铣粗加工工序（注意在型腔铣工序中要 指定刀轴。在本例中，指定的刀轴轴向大约为粗加工部分的法向），最终生成的刀轨 如图3-21所示。 图3-21 定轴曲面粗加工刀轨 3.3.2 曲面精加工 01 粗加工完成后，在创建工序对话框中的工序子类型下拉列表中选择“区域轮廓 铣”（参见图3-20），并根据具体情况对程序、刀具、几何体、方法以及名称进行必 要的设置，单击OK按钮确定后，进入Contour Area（区域轮廓铣）工序对话框，参见 图3-22。 图3-22 创建定轴曲面精加工工序 02 在图3-22所示对话框里，指定如下相关参数。 . 指定Specify Part（指定部件）为工件实体； . 指定Specify Cut Area（指定切削区域）为图3-23所示的顶部曲面区域（高亮显 示面）； . 刀轴指定为-XC轴和-XM轴（对于图3-23中的坐标系而言，选择-X轴最合 理），如图3-23所示。 图3-23 定轴曲面精加工刀轨 03 将其他参数按照加工工艺要求设置完成后，单击“生成”按钮，生成四轴定轴曲 面铣刀轨，如图3-23所示。 3.4 五轴定轴平面铣（3+2模式） 本例通过一个定轴铣削工件来初步学习3+2模式定轴曲面铣削工序的创建方法。 工艺分析：本例加工部分的刀轨实际上是一个五轴的定轴铣，需要在五轴机床才 能加工，即在正式切削开始前，A轴（B轴）或C轴先进行定位，然后开始定轴切削。 01 再次打开training\3\millturn_demo_design.prt文件，参见图3-24。 02 按照3.1节中实例介绍的工序编制方法，继续使用边界面铣削工序制作出图3-24所 示的刀轨（由于工序编制过程与3.1节中实例相同，此处不再赘述）。 图3-24 3+2模式平面铣刀轨 3.5 定轴曲面粗加工 01 打开training\3\1.prt文件，并进入建模模块，参见图3-25。 工艺分析：此工件上存在倒扣部分，需要多轴定轴铣削才能加工到位。 02 首先为侧壁凹坑（倒扣）制作一个大小合适的毛坯，以便对此处进行粗加工处 理：绘制一个草图，再将草图拉伸成为实体，参见图3-26。 图3-25 3+2模式定轴曲面加工工件 图3-26 3+2模式定轴曲面粗加工毛坯 03 进入加工模块，在创建工序对话框中选择mill_contour（曲面铣）类型，设置工序 子类型为“型腔铣”，参见图3-27。 图3-27 创建3+2模式定轴曲面粗加工工序 04 确定后进入Cavity Mill（型腔铣）对话框，指定下列相关参数。 . 指定部件为型芯实体； . 毛坯选择在上一步中拉伸出来的实体； . 指定Specify Vector（刀轴指定）为毛坯顶平面法向（指定方法参见前述内 容），如图3-28所示。 图3-28 设置3+2模式定轴曲面加工刀轴 05 将其他参数按照加工工艺要求设置完成后，单击“生成”按钮，生成局部粗加工 刀轨，参见图3-29左图。 06 选用mill_contour选项中的精加工工序（如深度轮廓加工和固定轮廓铣等），得到 精加工刀轨，参见图3-29右图。 图3-29 3+2模式定轴曲面粗、精加工刀轨 3.6 定轴曲面铣（3+2模式） 针对该工件上的倒扣曲面进行3+2模式的曲面固定轮廓精加工。工序的创建步骤如下。 01 首先进入建模模块，构建一条自定义的刀轴矢量辅助直线（后期以此直线作为刀 轴矢量方向）。构建这条矢量直线时，首先在需要加工的曲面上确定一个点（这个点 要“贴”在曲面上），然后通过这个点做一条过此点的曲面法向直线，参见图3-30。 说明 法向辅助直线的创建方法如下。 选用基本曲线中的直线功能。直线的第1点选择已经“贴”在曲面上的现有点，选择第 2点前，首先在基本曲线对话框的点方法选项中选择“选择面”选项，然后单击图3-30 中直线的第1点（现有点）所在的曲面即可。 本例所绘制的辅助直线用于精确确定刀轴的工况。如果只是要求刀轴倾斜至避让程 度，选用Dynamic（动态刀轴）选项并进行调整即可，参见图3-31（关于动态刀轴的 详细说明参见第4、5章）。 图3-30 3+2模式定轴曲面加工刀轴辅助线 图3-31 通过选择动态刀轴选项指定刀轴 02 进入加工模块，在创建工序对话框中，选择类型为mill_contour（曲面铣），工序 子类型为“区域轮廓铣”。 03 确定后进入区域轮廓铣主界面，指定下列相关几何体和参数。 . 指定部件为工件实体； . 指定切削区域为图3-30所示目测可能会有倒扣的区域（高亮显示面）； . 刀轴指定矢量方向为步骤1中所绘制的辅助直线，参见图3-32。 注 在NX中有很多方法可以测量、分析出工件上的某些部分或整体相对于某个矢量而 言是否存在倒扣现象。如在建模环境中，可选择【分析】→【分析腔】或使用模具部 件验证功能来检查区域。在加工环境中，可选择【分析】→【NC助理】等来分析是否 存在倒扣特征。 04 将其他参数按照加工工艺要求设置完成后，单击“生成”按钮，生成3+2模式倒扣 曲面定轴精加工刀轨，参见图3-33。 图3-32 指定3+2模式定轴曲面加工刀轴 图3-33 3+2模式定轴曲面精加工刀轨 3.7 辅助几何体——定轴综合加工案例 本例通过编辑和创建辅助加工几何体，为高质量刀轨的生成提供便利。 01 打开生成自SOLIDWORKS软件的课件文件（此模型来自某企业，由于没有征得企 业许可，因此作者未提供此课件），参见图3-34。 图3-34 需创建辅助几何体加工的工件 02 在图3-34中，圆圈处的豁口特征为需要创建定轴加工工序的部分。其中倒圆角半径 为2，与圆角相接的两面均为平面。由于此处为豁口，据此模型创建的刀轨将无法加工 至理想状态，因此需创建辅助几何体协助加工。 03 使用同步建模功能中的删除面功能删除圆角特征。 04 创建辅助体（此几何体的相关表面与工件相关表面共面），如图3-35所示。 坐标+ZC和+ZM 轴为此面法向 图3-35 创建辅助几何体 05 根据机床类型创建WCS与MCS坐标系，并保持+ZC和+ZM轴向为图3-35中指定平 面的法向。 06 以深度轮廓方式创建工序，生成的最终刀轨如图3-36所示。 图3-36 定轴加工刀轨 注 部件为辅助几何体，刀具选择直径为4mm的球刀，以与图3-34中所示的圆角相匹配。 3.8 小结 本章主要介绍了定轴加工的相关内容。在实际的需多轴机床才能加工的工件加工 工况中，大多数情况下使用定轴方式即可完成加工。因此，定轴加工是最常用的一种 多轴加工工艺，它有诸多的优点，如工况稳定、CAM相关功能成熟、计算速度快等。 除了粗加工外，精加工也应尽量优先选用定轴加工方式。 通过本章的学习，想必读者已经了解并掌握了NX 3+1模式和3+2模式定轴加工的 编程方法了。如果读者朋友在工作或学习中还有其他可用的定轴加工模型文件，那么 就使用NX CAM试着编程。 第4章 NX多轴铣加工基础知识 如图4-1所示，由于加工某些工件要求机床必须具备更多的自由度才能完成，所以 在传统的X、Y、Z这3个线性运动轴的基础上，又增加了旋转轴，即A、B和C轴3个旋 转轴。 图4-1 多轴加工的优点 NX多轴加工主要包括定轴加工、NX四轴加工、NX五轴加工、NX车铣复合加工4 部分（本书不介绍车削加工部分）。何谓四轴，何谓五轴？在加工工序中又如何区别 四轴和五轴？在此，先通过图4-2对“多轴”的概念作一个初步的了解。 图4-2 多轴旋转轴的定义 四轴机床一般是指除了X、Y、Z这3个轴之外，还配有一个旋转轴，即A旋转轴或 B旋转轴（绕X轴旋转的称为A轴，绕Y轴旋转的称为B轴）。而五轴机床一般是指除了 X、Y、Z这3个轴之外，还配有2个旋转轴，即A或B这个第四轴和C轴（绕Z轴旋转）， 它们之间的关系符合右手规则，参见图4-2。机床结构如图4-3（四轴）、图4-4（摇篮 五轴）所示。 第四轴（A） 第四轴（A） 第五轴（C） 图4-3 绕X轴旋转的A轴四轴机床 图4-4 双转台（摇篮）式五轴机床 当然，四轴机床或五轴机床并不仅局限于以上两种，比如四轴机床也存在以C轴为 旋转轴的型号，而五轴机床除了图4-4所示的摇篮式以外，还有双转台五轴机床 、双转 头五轴机床、斜转台五轴机床、转台和转头五轴机床等。 在五轴机床中，主动轴可以理解为是第四轴，从动轴可以理解为是第五轴。 判断一个工件是否需要多轴加工，也就是判断加工它的时候是否需要旋转轴的参 与。如果只需一个旋转轴参与，即可判断为使用四轴机床加工即可。如果需要两个旋 转轴参与，即可判断为必须使用五轴机床才能将其加工完成。 为了让多轴机床能够正确地运行，就需要使用多轴CAM软件生成相应的G代码来 对它们加以驱动，因此，CAM软件也被称为数控机床的“大脑”。多轴机床能否正确 运行，除了多轴CAM软件是重要的一环以外，还有其他控制因素，如相应的后置处理 是否能准确地反映刀轨的运动，机床本身相关参数的设置因素等等。 在NX多轴加工工序中，多轴刀轨主要通过刀轴矢量方向、刀位点投影矢量、驱动 方法以及其他加工工艺参数来综合作用生成。因此，在学习如何使用NX的mill_multi- axis（多轴铣）工序这个“大脑”之前，读者必须熟练掌握NX多轴加工工序的必要 的基础知识，如驱动面、投影矢量、刀轴（和三轴加工工序的主要区别也于在这3 项）等。 下面是一些专有名词的解释，读者在学习NX的mill_multi-axis（多轴铣）之前应先 了解并掌握相关的概念。 4.1 驱动几何体 4.1.1 驱动几何体是什么 是用于产生刀位点的辅助几何体。 4.1.2 驱动几何体有什么作用 驱动几何体一般以辅助几何体的形式出现，通常情况下，就是绘制驱动曲线和驱 动曲面（如果工件本身的几何具备一定的条件，也可以作为驱动几何体）。在加工复 杂曲面工件的时候，可以在简单的驱动面上创建刀位点，然后将这些刀位点按指定方 向投影到复杂工件表面，这样就可以得到理想的刀轨。因此驱动面的主要作用就是便 于编制更高质量的刀轨，起到了化繁为简，化不可能为可能的作用。在很多多轴工序的 创建过程中，驱动几何体是必须用到的，它为多轴加工提供了强大而有效的加工手段。 4.1.3 驱动几何体在哪里指定 01 在NX界面中，选择【启动】→【加工】，进入 数控加工模块，在Machining Environment（加工环 境）对话框的CAM Setup to Create（要创建的CAM 设置）列表框中选择mill_multi-axis（多轴铣）类 型，参见图4-5，单击OK按钮。 02 选择【插入】→【工序】，在Create Operation（创建工序）对话框的Operation Subtype（工序子类 型）栏中选择“可变轮廓铣”类型，参见图4-6，位 置栏中的程序、刀具、几何体、方法以及名称等选 项全部使用默认值。单击OK按钮后，进入Variable Contour（可变轮廓铣）工序对话框，在Drive Method（驱动方法）栏中选择Surface Area（曲面） 选项（虽然此处和mill_contour工序中的曲面区域轮廓铣类似，但驱动几何体对于多轴 加工而言，意义重大），参见图4-7。 03 在随后出现的警示对话框中单击OK按钮，进入Surface Area Drive Method（指定驱 动几何体）对话框。这时，可根据需要选择辅助驱动几何体，参见图4-8。 图4-6 可变轮廓铣 图4-7 曲面驱动方法 图4-8 驱动几何体的选择 注 如果需要制作辅助性的驱动几何体，那么这个几何体要尽可能地简单。 图4-5 选择多轴铣工序 . Specify Vector（指定矢量）：指定刀位点向工件表面投影的矢量方向。 . Tool Axis（刀轴）：刀位点沿着刀具轴向向工件表面投影。 . Tool Axis Up（刀轴向上）：沿刀轴向上投射。适用于刀具需要从下向上切削的 工况，如用T 型刀切削倒扣时。 . Away Point（远离点）：刀背指向某个指定点，参见图4-13。 . Toward Point（朝向点）：刀尖指向某个指定点，参见图4-14。 图4-13 远离点投影 图4-14 朝向点投影 . Away form Line（远离直线）：刀背指向某条指定直线，参见图4-15。 . Toward Line（朝向直线）：刀尖指向某条指定的直线，参见图4-16。 图4-15 远离直线投影 图4-16 朝向直线投影 . Normal to Drive（垂直于驱动体）：投影矢量垂直于驱动面，即驱动曲面的法 向就是投影方向，参见图4-17。 . Toward Drive（朝向驱动体）：与垂直于驱动体投影方式类似。可以简单地理 解为刀位点产生于驱动面上，刀位点沿最近的路径向部件表面进行投影，参见 图4-18。 上曲面为驱动面，表面点为刀位点，下 曲面为工件被加工的面，两曲面最好平 行，直线代表垂直驱动体投影矢量 图4-17 垂直于驱动体投影 图4-18 朝向驱动体投影 4.3 刀轴 4.3.1 什么是刀轴 刀轴就是指刀具的中轴线，也就是从刀尖（或端面圆心）指向刀柄的矢量线。 在NX多轴加工工艺中，刀轴是指在多轴铣加工中，按照什么规律进行矢量变换 的过程，即如何控制刀轴的变化。在定轴铣削中，刀轴是固定不变的，而在多轴铣削 中，由于加工需要，会希望刀轴按指定的规律进行变化。从图4-19中可以看出，刀轴 看似“杂乱无章”，实际上，它是遵循着一定的规律在变化。 图4-19 按规律变化的刀轴 4.3.2 指定刀轴 指定刀轴的方法是，在可变轮廓铣工序对话框中，在Tool Axis（刀轴）栏的Axis（轴）下拉列表框中进行选择（刀轴选项会随着驱动方法和工序的不同而有所差 别），参见图4-20。 图4-20 指定刀轴 4.3.3 刀轴选项 各刀轴选项的说明如下。 . Away from Point（远离点）：刀尖指向某个指定点，参见图4-14。 . Toward Point（朝向点）：刀背指向某个指定点，参见图4-13。 . Away from Line（远离直线）：刀尖指向某条指定直线（一般用于四轴铣）， 参见图4-16。 . Toward Line（朝向直线）：刀背指向某条指定直线（一般用于四轴铣），参见 图4-15。 . Relative to Vector（相对于矢量）：刀轴相对于某个指定矢量前后左右倾斜多少 度。其中前倾角是指刀具在沿着刀轨切削的过程中，相对于切削方向，刀具与 刀轨间的前后夹角，取正值时为刀具沿刀轨方向向前倾摆，取负值时为刀具沿 刀轨方向向后倾摆。同理，侧倾角是指刀具与刀轨间的左右夹角，取正值时为 刀具向右倾斜，取负值时为刀具向左倾斜，参见图4-21。 在有些切削环境中，设置额外的前倾角与侧倾角，可避免球形刀具刀尖与工件的 静摩擦，提高切削效果，减少刀具的磨耗，参见图4-22。 图4-21 相对于矢量 图4-22 前倾角与侧倾角 . Normal to Part（垂直于部件）：刀轴与部件表面垂直。 . Relative to Part（相对于部件）：刀轴相对于部件前后左右倾斜多少度（参见 “相对于矢量”概念）。 . 4-Axis Normal to Part（4轴，垂直于部件）：概念同“垂直于部件”，但仅限 于四轴加工。 . 4-Axis Relative to Part （4轴，相对于部件）：概念同“相对于部件”，但仅限 于四轴加工。 . Dual 4-Axis on Part（双4轴，相对于部件）：与“4轴，相对于部件”概念类 似，需要指定一个4轴旋转角，一个前倾角和一个侧倾角。设置4轴旋转角后， 加工时将有效地绕一个轴旋转工件，就像工件在带有单个旋转台的机床上旋 转。选择此选项后，可以分别为单向运动和回转运动定义这些参数。“双4 轴，相对于部件”选项仅在个别切削类型中可用，如往复切削类型。 . Interpolate Vector（插补矢量）：解决刀轴问题的终极答案。其实质就是自定义 矢量，可用以定义多个不同的刀轴矢量。定义过的每两个刀轴矢量间的刀轴运 动会由系统自动顺接。当选用其他刀轴选项都达不到理想加工效果时，可以使 用这个选项，如图图4-23所示。 图4-27 栅格或修剪 图4-28 基本UV 说明 如何理解曲面UV向。 对于平面几何（欧几里得几何）而言，一个平面的坐标方向可以用X和Y坐标来说明。 但对于曲面几何（非欧几何）而言，其坐标方向为U和V，可以简单理解为一个表示曲 面横向，另一个表示曲面纵向。 . Dynamic（动态）：就像动态调整坐标系一样自定义刀轴矢量。但与“插补矢 量”不同的是，“插补”可以定义多个，而“动态”只能定义一个。 . Away From Part（远离部件）：刀尖指向部件。可简单理解为刀柄、刀具夹持 器不要干涉到工件（具体离工件多远和其他相关参数有关）。 . Fan Distance（风扇距离）：刀具在碰撞前最大的侧倾避让距离。当夹持器碰撞 时，系统会根据此值对刀轨进行平顺地变更。 . Away From Curve（远离曲线）：在切削过程中，刀尖始终指向指定曲线，类 似于刀轴中的远离直线概念，参见图4-29。 图4-29 远离曲线刀轴 . Toward Curve（朝向曲线）：在切削过程中，刀背始终指向指定曲线，类似于 刀轴中的朝向直线概念，参见图4-30。 . Custom tool Axis（自定义刀轴）：在切削某些工件的时候，刀轴的变化不仅是 无章可寻，而且也不需要像插补矢量刀轴那样需要光顺的刀轴变化。在这种情 况下，需要工序操作者来自定义切削时刀具的轴向，参见图4-31。 图4-30 朝向曲线刀轴 图4-31 自定义刀轴 4.4 多轴加工工序中加工坐标系（MCS）的定义 在五轴加工工序的编制中，由于最新的五轴机床基本上都支持RTCP技术，所以对 MCS坐标系的定义通常是没特殊要求的。当然，为老式机床编制工序时，还是需要根 据机床的实际情况来确定合乎工况的MCS。 在创建多轴加工工序时，MCS坐标系的定义通常要与机床保持一致，如机床为A 轴类型，那么在工序编制时，就让MCS坐标系的X轴与工件轴心重合；如机床为B轴类 型，那么就让MCS坐标系的Y轴与工件轴心重合（具体释意参见本章开头部分）。实 际应用参见图4-32（此图所表现的工况为：加工此工件的机床为四轴A轴机床）。 图4-32 WCS坐标系与MCS坐标系重合 注 通常情况下，WCS坐标系与MCS坐标系重合，且坐标系通过四轴旋转的轴心。 4.5 综合实例说明 一个多轴刀轨，通常是多个参数综合作用下的结果。在使用如投影矢量、刀轴、 驱动面等参数时，一定要充分理解它们的概念和相互关系，注意不要矛盾，否则就会 产生报错或畸形刀轨等结果。对于本章所述的概念，读者一定要熟练掌握，以便后面 继续学习。 图4-33是一个简单的多轴刀轨，通过这个刀轨，读者可以大致地了解驱动面、投 影矢量、刀轴参数的关系和作用：圆弧面为驱动面（刀位点产生在这个面上），平面 为部件（刀位点最终投影的目标对象），投影矢量为垂直于驱动面（即驱动面的法 向，也就是两条斜线方向），刀轴为+Z轴。 驱动面。投影矢 量为此面法向 部件 刀轴 图4-33 投影矢量为垂直于驱动面 4.6 小结 通过对本章内容的学习，读者想必已经了解了驱动面的作用以及投影矢量和刀轴 的概念。只有掌握了这些必备的基础知识，才能为后面的多轴加工学习奠定良好的基 础。当然，如果有些概念暂时无法理解，也没有关系，相信结合后续的实例练习，再 参照本章相关内容的解释，就可以融会贯通。 作者建议，读者在熟读本章这些概念之后，再继续后面的学习。 第5章 刀轴概念详解 通过对第4章内容的学习，读者想必已简单了解了驱动面、投影矢量以及刀轴的概 念，但如果想要得到完美的多轴加工刀轨，还必须熟练掌握投影矢量和刀轴应用的相 关知识。本章就“刀轴”这个概念来做一些案例练习，通过这些练习，使读者更加深 入地了解和掌握各种刀轴在不同工序环境中的应用。 基于刀轴练习的需要，本章课件文件中均已事先设定好了驱动方法、投影矢量等 参数。因为本章只强调和刀轴有关的概念，所以非相关参数的具体释意以及加工工艺 的合理性暂不做讨论。当然，在后面的章节中，会详细地介绍这些参数的具体使用方 法和应用环境。 5.1 远离点 作用：在多轴工序操作过程中，如果希望刀尖（轴）在加工过程中始终指向某个指 定点，可使用这种刀轴控制方法。该刀轴控制方法的特点是， “点” 通常在刀轨之下。 01 打开training\5\ away form point\6-4.prt文件，参见图5-1。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其刀轴参数进行如下修 改（参见图5-2）。 . 在主界面中将Axis（刀轴）选项更改为Away from Point（远离点）； . 设置Specify Point（指定点）为图5-1中的现有点。 图5-1 “远离点”刀轴练习工件 图5-2 设置“远离点”刀轴 03 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，重新生成刀轨，如图5-3所示。 04 通过模拟发现，在整个切削过程中，刀尖（轴）始终指向指定的现有点，如图5-4 所示。 图5-3 “远离点”刀轴刀轨 图5-4 “远离点”刀轴刀轨仿真 5.2 朝向点 作用：在多轴工序操作过程中，如果希望刀背 （轴）在加工过程中始终指向某个指定点，可使用这 种刀轴控制方法。该刀轴控制方法的特点是，情况 “点”通常在刀轨之上。 01 打开training\5\ toward point\6-1.prt文件，参见图 5-5。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编 辑】，对其刀轴参数进行如下修改，如图5-6。 . 将Axis（刀轴）选项更改为Toward Point（朝 向点）； . 设置Specify Point（指定点）为图5-5中的现有点，参见图5-6。 03 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，重新生成刀轨。在切削仿真中可以看 到，在整个切削过程中，刀背始终指向指定的现有点，如图5-7所示。 　　 　 　 图5-6 设置“朝向点”刀轴 　图5-7 “朝向点”刀轴刀轨仿真 图5-5 “朝向点”刀轴练习工件 5.3 远离直线 作用：在多轴工序操作过程中，如果希望刀尖（轴）在加工过程中始终指向某条 指定直线（一般用于四轴铣加工），可使用这种刀轴控制方法。该刀轴控制方法的特 点是，“线”通常在刀轨之下。 01 打开training\5\ away form line\6-4.prt文件，参见图5-8。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其刀轴参数进行修改。 将Axis（刀轴）选项更改为Away from Line（远离直线），如图5-9所示。 图5-8 “远离直线”刀轴练习工件 图5-9 设置“远离直线”刀轴 03 在随后打开的远离直线对话框中，进行相关设置，如图5-10所示。 . 指定Specify Vector（指定矢量）为图5-8中的直线（以自动判断的矢量方式选择 即可）； . 指定Specify Point（指定点）为该线上的任意一点（通过此点来确定矢量向的 位置）。 04 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，重新生成刀轨。在切削仿真中可以看 到，在整个切削过程中，刀尖始终指向指定的现有直线，如图5-11所示。 图5-10 设置“远离”直线参数 图5-11 “远离直线”刀轴刀轨仿真 5.4 朝向直线 作用：在多轴工序操作过程中，如果希望刀背在加工过程中始终指向某条指定直 线（一般用于四轴铣加工），可使用这种刀轴控制方法。该刀轴控制方法的特点是， “线” 通常在刀轨之上。 01 打开training\5\toward line\6-3.prt文件，参见图5-12。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其刀轴参数进行如下 修改。 . 将Axis（刀轴）选项更改为Toward Line（朝向直线），如图5-13； . 在随后打开的朝向直线对话框中（参见图5-14），以与设置“远离直线”相似 的方式，选取图5-12中的现有直线，并指定相应的点。 03 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，重新生成刀轨。在切削仿真中可以看 到，在整个切削过程中，刀背始终指向指定的现有直线，如图5-15所示。 图5-12 “朝向直线”刀轴练习工件 图5-13 指定“朝向直线”刀轴 图5-14 设置“朝向直线”刀轴 图5-15 “朝向直线”刀轴刀轨仿真 5.5 相对于矢量 作用：在多轴工序操作过程中，如果希望刀轴相对于某个指定矢量向前后左右倾 斜某个角度，可使用这种刀轴控制方法。 01 打开training\5\relative to vector\6-2.prt文件，参见图5-16。 图5-16 “相对于矢量”刀轴练习工件 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其刀轴参数进行如下 修改。 . 将Axis（刀轴）选项更改为Relative Vector（相对于矢量）（参见图5-17）； . 在随后打开的Relative to Vector（相对于矢量）对话框（参见图5-18）中，以自 动判断的矢量方式选择图5-16中的基准轴。 图5-17 指定“相对于矢量”刀轴 图5-18 设置“相对于矢量”刀轴 03 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，重新生成刀轨。在切削仿真中可以看 到，在整个切削过程中，刀轴始终与指定基准轴平行，如图5-19所示。 04 单击图5-17中的编辑（扳手图标）按钮，再次进入相对于矢量对话框，指定Lead Angle（前倾角）为45°，参见图5-20。 图5-19 “相对于矢量”刀轴刀轨仿真 图5-20 设置“相对于矢量”前倾角 05 单击OK按钮确定后重新生成刀轨，在切削仿真中可以看到，在整个切削过程中， 刀轴始终与指定基准轴向前呈45°倾斜状态，如图5-21所示。 06 在图5-20所示的对话框中，以同样的方式修改Tilt Angle（侧倾角），则在切削仿 真中可以看到，在整个切削过程中，刀轴始终与指定基准轴侧向呈一定角度，如图 5-22所示。 图5-21 “相对于矢量”刀轴刀轨仿真 图5-22 “相对于矢量”刀轴侧倾角刀轨仿真 5.6 垂直于部件 作用：在多轴工序操作过程中，如果希望刀轴与部件表面垂直，可使用这种刀轴 控制方法。 01 打开training\5\relative to vector\6-2.prt文件，参见图5-16。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其刀轴参数进行如下修 改，参见图5-23。 . 将Vector（投影矢量）选项更改为Toward Drive（朝向驱动）； . 将Axis（刀轴）选项更改为Normal to Part（垂直于部件）。 03 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，重新生成刀轨。在切削仿真中可以看 到，在整个切削过程中，刀轴始终垂直于部件表面，如图5-24所示。 图5-23 设置“垂直于部件”刀轴 图5-24 “垂直于部件”刀轴刀轨仿真 5.7 相对于部件 作用：在多轴工序操作过程中，如果希望刀轴相对于部件向前后左右倾斜某个角 度，可使用这种刀轴控制方法。四轴、五轴加工工序中均可使用 此类刀轴控制方式。 01 打开training\5\ RELATIVE_TO_PART.prt文件，参见图5-25。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其 刀轴参数进行如下修改。 . 将Axis（刀轴）选项更改为Relative to Part（相对于部 件），参见图5-26； . 在随后打开的相对于部件对话框中，指定Tilt Angle（侧倾 角）为40°（此值优先）； . 设置侧倾角的取值范围（Minimum Tilt Angle和 Maximun Tilt Angle）在 0°～50°之间，参见图5-27。 图5-26 指定相对于部件刀轴 图5-27 设置相对于部件侧倾角 03 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，生成刀轨。在切削仿真中可以看到， 在整个切削过程中，刀轴始终侧倾于部件表面40°，如图5-28所示。 图5-28 “相对于部件”刀轴刀轨仿真 5.8 插补矢量 作用：在多轴工序操作过程中，如果使用系统自带的刀轴选项均不能满足刀轴控 制要求时，可以选用插补矢量选项自定义刀轴矢量。插补刀轴矢量只定义在关键点处 即可（默认情况下，系统也只会在关键点处生成插补刀轴矢量），在两个插补矢量之 图5-25 “相对于部 件”刀轴练习工件 间未定义插补刀轴的切削区域，系统将自动顺接来生成此区域的刀轴矢量。 如图5-29所示，1、5处为定义的插补矢量，而2、3、4处为系统自动顺接产生的 矢量。 12345 图5-29 刀轴顺接 01 打开training\5\ insert too vector.prt文件，参见图5-30。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其刀轴参数进行修改。 在对话框中将Axis（刀轴）选项更改为Interpolate Vector（插补矢量），参见图5-31。 图5-30 “插补矢量”刀轴练习工件 图5-31 设置“插补矢量”刀轴 03 随后进入插补矢量对话框，在这个对话框中，单击List（列表）栏中序号为1的矢 量，这样便激活了相应的刀轴矢量调整动态坐标系。通过这个坐标系，可将刀轴矢量1 调整至合理的矢量方向。调整完1号刀轴矢量后，单击列表中序号为2的矢量，以相同 的方法将刀轴矢量2调整至合理的矢量方向。以此类推，依次将所有刀轴矢量向调整至 合理的矢量方向，参见图5-32。 图5-32 调整“插补矢量”刀轴矢量方向 04 在列表中选择某个刀轴矢量后，如果希望此刀轴矢量与现有矢量方向相同，可通 过设置Specify Vector（指定矢量）选项来实现。如在列表中选择序号为1的矢量后，设 置指定矢量为ZC，那么1号矢量便指向+ZC轴向，参见图5-33。 注 如果在列表中不便于选择某个想要选择的刀轴矢量，也可在模型上直接单击其矢 量箭头来选择（参见图5-33）。 图5-33 指定“插补矢量”刀轴矢量方向 05 在插补矢量对话框中，如果默认的刀轴矢量过多或过少，可以通过“Add New Set（添加新集）”按钮和“移除（图标”形）按钮对刀轴矢量进行增减操作。 . 删除刀轴矢量：在列表中选择某个刀轴矢量后，单击移除按钮。 . 增加刀轴矢量：单击添加新集按钮后，点捕捉功能便被激活，此时点选处便由 系统添加一个刀轴矢量，同时，列表中也出现这个新刀轴矢量的I，J，K值， 参见图5-34。 图5-34 增减插补矢量 注 个别系统产生的关键位置插补矢量无法删除。 06 刀轴矢量调整好之后，单击OK按钮后回到对话框中。其他参数采用默认值，单击 “生成”按钮，生成刀轨。在切削仿真中可以看到，在整个切削过程中，刀轨每走到定 义过插补刀轴矢量的关键点处，便会按事先定义过的刀轴矢量来执行，参见图5-35。 图5-35 “插补矢量”刀轴刀轨仿真 5.9 优化后驱动 作用：它可以自动控制刀轴方向，以确保根据工件表面曲率以最优的方式去除材 料。因为有相应的参数设置，所以该刀轴控制方法可以保持在切削过程中不会干涉工 件。在以端铣刀（平刀）切削曲面时适用此控制方法。 01 打开training\5\ OPTIMIZE DRIVE.prt文件，参见图5-36。 02 在工序导航器中右击唯一的工序，选择【编辑】，对其刀轴参数进行修改。在 对话框中将Axis（刀轴）选项更改为Optimized to Drive（优化后驱动），参见图 5-37。 图5-36 “优化后驱动”刀轴刀轨 图5-37 指定“优化后驱动”刀轴 03 在优化后驱动对话框中，设置相关参数（这些参数的具体含义参见第4章），如图 5-38所示。 图5-38 设置“优化后驱动”刀轴参数 04 单击OK按钮确定后回到对话框中。其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，生 成刀轨。在切削仿真中可以看到，在整个切削过程中，刀具（平刀）始终以侧刃向前 推进方式进行切削（切削方向为从左向右），参见图5-36。 5.10 垂直于驱动体 作用：在多轴工序操作过程中，如果希望刀轴与驱动面法向保持一致，可选用这 种刀轴控制方法。 01 打开training\5\ normal to drive.prt文件，参见图5-39。 02 在工序导航器中右击唯一的工序，选择【编辑】，对其刀轴参数进行修改。在对 话框中将Axis（刀轴）选项更改为Normal to Drive（垂直于驱动），参见图5-40。 图5-39 “垂直于驱动体”刀轴刀轨 图5-40 指定“垂直于驱动体”刀轴 03 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，重新生成刀轨。在切削仿真中可以看 到，在整个切削过程中，刀轴始终垂直于驱动面（驱动面为图5-39中的片状实体）， 最终生成的刀轨如图5-39所示。 5.11 侧刃驱动体 作用：在多轴工序操作过程中，当需要加工直纹特征的时，如果希望以刀具侧刃 切削，可选用这种刀轴控制方法。 01 打开training\5\ swarf.prt文件，参见图5-41。 02 在工序导航器中右击唯一的工序，选择【编辑】，对其刀轴参数进行修改。在对 话框中将Axis（刀轴）选项更改为Swarf Drive（侧刃驱动），参见图5-42。 图5-41 “侧刃驱动体”刀轴练习工件 图5-42 指定“侧刃驱动体”刀轴 03 设置Specify Swarf Direction（指定侧刃方向）为朝上的箭头方向（可以简单理解为 夹持器所在的方向），参见图5-43。 04 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，生成刀轨。在切削仿真中可以看到， 在整个切削过程中，刀具始终以侧刃进行切削，参见图5-44。 图5-43 指定“侧刃驱动体”刀轴方向 图5-44 “侧刃驱动体”刀轴刀轨 5.12 动态 作用：在多轴或定轴工序操作过程中，使用这种刀轴控制方式可以更灵活地确定 刀轴矢量。 01 打开training\5\ dynamic.prt文件，参见图5-39。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其刀轴参数进行如下修 改，参见图5-45。 图5-45 指定“动态”刀轴 . 在对话框中将Axis（刀轴）选项更改为Dynamic（动态）； . 通过拖动动态手柄将Z轴倾斜45°。 03 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，生成刀轨。在切削仿真中可以看到， 在整个切削过程中，刀具始终呈45°倾斜状，参见图5-46。 图5-46 “动态”刀轴刀轨 5.13 远离部件 作用：在多轴工序操作过程中，如果希望刀尖指向部件，且 刀具夹持器与工件保持一定的安全距离时，可使用这种刀轴控制 方法。 01 打开training\5\ away from part.prt文件，参见图5-47。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其 刀轴参数进行如下修改，参见图5-48。 . 将Tool Tilt Direction（刀轴侧倾方向）选项更改为Away from Part（远离部件）； . 设置Tilt Angle（侧倾角）选项为Automatic（自动）； . 设置Maximum Wall Height（最大壁高度）为50。 03 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，生成刀轨。在切削仿真中可以看到， 在整个切削过程中，刀具夹持器始终和部件保持一定距离，如图5-49所示。 图5-48 远离部件刀轴指定 图5-49 “远离部件”刀轴刀轨 5.14 朝向曲线 作用：在多轴工序操作过程中，如果希望刀背始终指向某条指定曲线，可使用这 种刀轴控制方法。 01 打开training\5\ toward curve.prt文件，参见图5-50。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编 辑】，对其刀轴参数进行如下修改，参见图5-51。 . 将Tool Tilt Direction（刀轴侧倾方向）选项更改 为Toward Curve（朝向曲线）； . 设置Select Curve（指定曲线）为图5-50中的圆； . 设置Tilt Angle（侧倾角）选项为 Specify（指 定）； . 设置Degrees（角度）为35°； . 设置Maximum Wall Height（最大壁高度）为60。 图5-47 “远离部件” 刀轴练习工件 图5-50 “朝向曲线”刀轴练习 工件 图5-51 指定“朝向曲线”刀轴参数 03 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，生成刀轨。在切削仿真中可以看到， 在整个切削过程中，刀背始终大致指向曲线方向，如图5-52所示。 图5-52 “朝向曲线”刀轴刀轨 5.15 4轴，垂直于部件 作用：在四轴加工的情况下，令刀轴与部件保持垂直。这种刀轴控制方法只能加 工相对简单的工件。 01 打开training\5\ 4X_relative_part.prt文件，参见图5-53。 图5-53 “4轴，垂直于部件”刀轴练习工件 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其刀轴参数进行如下 修改。 . 在对话框中将Axis（刀轴）选项更改为4-Axis Normal to Part（4轴，垂直于部 件），参见图5-54； . 在随后打开的对话框中，设置Specify Vector（指定旋转轴）为YC，参见图 5-55。 图5-54 指定“4轴，垂直于部件”刀轴 图5-55 设置“4轴，垂直于部件”刀轴参数 03 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，生成刀轨。在切削仿真中可以看到， 在整个切削过程中，刀轴始终垂直于部件表面，并且以Y轴为旋转轴，如图5-56所示。 图5-56 “4轴，垂直于部件”刀轴刀轨 5.16 相对于驱动 作用：在加工过程中，如果希望刀轴与驱动面之间保持一定的角度（侧向或切削 向），那么可使用这种刀轴控制方式。 01 打开training\5\relative to vector\6-2.prt文件，参见图5-16。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其刀轴参数进行如下修 改，参见图5-57。 . 将Axis（刀轴）选项更改为Relative to Drive（相对于驱动）； . 根据工艺要求，设置Lead Angle（前倾角）与Tilt Angle（侧倾角）的角度。 03 其他参数采用默认值，单击“生成”按钮，生成刀轨。在切削仿真中可以看到， 在整个切削过程中，刀轴相对于驱动面（实体顶部曲面）始终存在一定的角度，参见 图5-58。 图5-57 设置“相对于驱动”刀轴参数 图5-58 “相对于驱动”刀轴刀轨 5.17 4轴，相对于驱动体 作用：在使用四轴机床加工工件过程中，如果使用的刀具为球刀或镶片刀，那么 “4轴，相对于驱动体”是一种理想的刀轴控制方式：刀轴与驱动面之间保持一定倾斜 角度，以避免让镶片刀无切削能力的圆心处切削工件或近乎无切削力的球刀的刀尖切 削工件，如图5-59和图5-60所示。 镶片刀非切削处接触工件 指定侧倾角度（左倾） 图5-59 刀轴未侧倾 图5-60 刀轴侧倾 01 再次打开training\5\ 4X_relative_part.prt文件。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其刀轴参数进行如下 修改。 . 将Axis（刀轴）选项更改为4-Axis Relative to Drive（4轴，相对于驱动体），参 见图5-61； . 在随后打开的“4轴，相对于驱动体”对话框中，根据工艺要求设置Lead Angle（前倾角）和Tilt Angle（侧倾角），参见图5-62。 图5-61 指定“4轴，相对于驱动体”刀轴 图5-62 设置“4轴，相对于驱动体”刀轴参数 03 单击OK按钮确定后重新生成刀轨，结果如图5-63所示。 图5-63 “4轴，相对于驱动体”刀轴刀轨 5.18 双4轴，在驱动体上 作用：在往复切削工序中，可以分别设置来与回方向上刀轨的前倾角和侧倾角， 也可以分别设置单向切削与回转切削的旋转轴。 注 如果指定的单向切削与回转切削旋转轴不一致，则可能会生成五轴刀轨。 01 再次打开training\5\normal to drive.prt文件。 02 在工序导航器中右击唯一的工序名称，选择【编辑】，对其刀轴参数进行如下 修改。 . 将Axis（刀轴）选项更改为Dual 4-Axis on Drive（双4轴，在驱动体上），参见 图5-64； . 在随后打开的“双4轴，相对于驱动体”对话框中，指定Zig Cut（单向切削） 选项卡的Specify Vector（指定旋转轴）为XC； . 设置Lead Angle（前倾角）为40°； . 在Zag Cut（回转切削）选项卡中，指定Specify Vector（指定旋转轴）为XC， Lead Angle（前倾角）为40°，参见图5-65。 图5-64 指定“双4轴，在驱动体上”刀轴 图5-65 设置“双4轴，在驱动体上”刀轴参数 03 单击OK按钮确定后重新生成刀轨，结果如图5-66所示。可见来回方向的刀轨前倾 角区别。 图5-66 “双4轴，在驱动体上”刀轴前倾角刀轨 04 使用同样的方法，将单向切削与回转切削选项设置成同样的侧倾角度，生成的刀 轨如图5-67所示。 图5-67 “双4轴，在驱动体上”刀轴侧倾角刀轨 注 为了便于观察，图5-67中将单向切削与回转切削前倾角均改为0。 5.19 小结 如果想要运用好NX多轴加工技术，那么刀轴控制方式的运用是必须熟练精通的一 项基本功：在什么情况下应该选用哪种刀轴控制方式，四轴加工可以使用什么刀轴控 制方式，五轴加工可以使用什么刀轴控制方式；或者在拿到工件的时候，能够做到基 本知道选用哪种刀轴矢量切削方案为最佳。 本章将常用的刀轴矢量控制方法提取出来，一共介绍了18个实例，希望读者利用 这些实例，勤加练习，直至练到心中想要实现什么样的刀轴切削效果就可以随手编制 出工序来为止（那些不切实际的效果除外）。 建议读者先熟练掌握好刀轴控制方式及相关工序的编制后再继续后面的学习。 第6章 NX四轴铣加工 NX多轴加工（联动）部分要介绍的内容主要包括：NX四轴加工、NX五轴加工、 NX车铣复合加工三大部分（本书不介绍车削加工部分）。四轴加工或五轴加工又分为 定轴加工和联动加工两类，由于定轴加工前面章节中已有叙述，本章不再细述。 通过前面章节的介绍，想必读者对定轴铣加工已经有所了解。在接下来的课程 里，本书将介绍多轴联动加工。所谓联动加工，对四轴加工而言，是在切削加工时， X、Y、Z三个轴和A轴（或B轴）同时进行同步的步进移动。同理，对五轴加工而言， 就是在加工时五个轴同时进行同步步进。图6-1为一个锥蜗杆模型加工示例，在使用四 轴机床对此工件进行加工切削时，机床的X、Y、Z、A四个轴必须进行同步联动，才能 生成这样的刀轨。 图6-1 四轴联动铣示意图 下面的坐标是后处理出来的此蜗杆工件的四轴联动加工G代码，从代码中可以看 出，有四个轴同时参与了切削加工运动。 N314 X80.553 Z46.191 A715.625 N315 X80.925 Y-.011 Z46.19 A718.393 N317 X81.802 Y0.0 Z46.116 A721.488 N318 X83.471 Z46.023 A723.995 N319 X85. 725 Y.051 Z46. 29 A726.393 一般情况下，多轴联动铣加工只用在精加工工况下，工件的粗铣加工尽量由定 轴加工来完成。所以在NX的多轴铣加工部分，除了叶轮模块有五轴联动粗加工工序 之外，基本上没有针对性的多轴粗加工工序。但是，即便叶轮模块中有叶轮粗加工工 序，在实际粗加工中，如果可以的话，还是尽量使用定轴方式来完成。 本章主要通过一些实例来讲述NX加工环境中mill_multi-axis（多轴铣）四轴加工工 序，并对其中涉及到的一些关键参数进行详细地说明和讲解。在这些案例中强调了曲 线/点驱动、边界驱动、定轴粗加工、曲面驱动的四轴粗加工，以及二次开粗加工、曲 面驱动的四轴精加工等内容，基本上涵盖了四轴加工的大部分实际应用情况。 阅读本章需要读者最好具备熟练的NX二轴半到三轴的编程技能和全面的NX建模 技能，当然，相应的工艺知识最好也要了解。 本章将通过13个具体的实例，让读者详细地了解NX四轴铣加工工序的应用方法和 相关技巧。 6.1 四轴曲线/点驱动实例说明1 本例将介绍通过曲线与点的驱动方式来生成多轴加工刀轨的方法。 所谓曲线/点驱动即刀具沿着曲线或点（两点确定一条线）移动来生成相应的刀轨。 01 打开training\6\curve_drive.prt文件，参见图6-2。 图6-2 曲线驱动刀轴加工工件 工艺分析：在实际生产中，有时需要在圆柱体表面进行铣槽刻字等工作。由于此 类加工常常存在倒扣特征，因此必须使用多轴机床才能完成。图6-2所示的工件需要刀 具沿柱体表面曲线并且以柱面法向为刀轴方向切削出槽类特征，因此需要使用四轴联 动加工实现。 02 进入数控加工模块，在随之出现的加工环境对话框要创建的CAM设置栏中选择 mill_multi-axis（多轴铣）选项，单击OK按钮，参见图6-3。 注 如果所使用的四轴机床为A轴类型，那么默认的坐标系是正确的，不需要调整。 03 选择【插入】→【工序】，打开Create Operation（创建工序）对话框，在此对话框 中选择“可变轮廓铣”子类型，Location（位置）栏中的Program（程序）、Tool（刀 具）等参数使用默认值即可，参见图6-4。 图6-3 选择多轴铣工序 图6-4 选择可变轮廓铣工序 04 单击OK按钮后，进入Variable Contour（可变轮廓铣）工序对话框，参见图6-5。 05 在此对话框中，单击Specify Part（指定部件）按钮，选择部件为圆柱实体，参见 图6-6。 图6-5 选择曲线点驱动方法 图6-6 指定部件 06 在Drive Method（驱动方法）栏中选择Curve/Point（曲线/点）选项，参见图6-5。 在随后出现的警示对话框中单击OK按钮确定，进入Curve/Point Drive Method（曲线/点 驱动方法）对话框。根据需要，选择曲线驱动几何体（如有必要，更改选择过滤为相 连曲线模式），选中图6-7中高亮显示的矩形投影线后，单击OK按钮。 注 如果在曲线/点驱动方法对话框中选择了点，则表示通过点确定线。也就是将选择 的点按选择顺序以两点确定一线的方式自动连成线。 07 返回对话框中，指定投影矢量和刀轴选项，参见图6-8。 . 指定Vector（投影矢量）选项为Tool Axis（刀轴）； . 指定Axis（刀轴）选项为Normal to Part（垂直于部件）。（相关概念参见第4、 第5章）。 图6-7 指定驱动曲线 图6-8 指定投影矢量和刀轴选项 08 把其他参数按照加工工艺的相关要求进行设置后，单击“生成”按钮，生成四轴 刀轨，参见图6-9。 注 由于工件表面为标准的圆柱体，而刀轴矢量又被指定为垂直于这个圆柱体（实际 上是垂直于被加工物体的表面），所以这个刀轨是个四轴刀轨。 09 通过刀轨模拟，发现进退刀时为对圆弧的切入切出。很明显，这样会使最终要加 工出来的“槽”被过切。所以，回到工序对话框中，单击Non Cutting Moves（非切削 移动）按钮，将Engage Type（进刀）选项修改为Plunge（插削），单击OK按钮确定后 重新生成刀轨，参见图6-10。 图6-9 生成曲线驱动刀轨 图6-10 设置进退刀 6.2 四轴曲线/点驱动实例说明2 本例将介绍通过曲线与点的驱动方式来生成多轴加工刀轨的方法。 打开training\6\ curve_drive1.prt文件，参见图6-11。 平面 图6-11 曲线驱动刀轴加工工件 工艺分析：轴上的槽是一个需要多轴机床才能加工的特征，槽的侧壁垂直于轴柱 体，且槽的两端各有一个平面。为了提高加工效率，准备采用一把直径20mm（槽宽 22mm）的平铣刀沿着槽中心线进行切削。因此，在对槽进行工序创建之前，需要将该 槽的中心线提取出来。 6.2.1 驱动曲线的提取 09 在建模环境中，选择【插入】→【网格曲面】→【Rule（直纹）】，然后依次选取 槽两侧的上边缘线（不含槽两端平面弧形边缘），从而得到直纹面特征，参见图6-12。 图6-12 创建辅助面 02 选择【插入】→【派生的曲线】→【等参数曲线】，然后选取上步得到的直纹 面，方向为V，数量为3（意思是在这个方向的左、中、右各生成一条参数线），单击 OK按钮确定后生成3条参数线，中间的那条参数线就是槽的中心线，参见图6-13。 图6-13 提取驱动曲线 注 在NX建模环境中，有许多方法可以生成此槽的中心线，但相对来说，此方法最便捷。 6.2.2 刀轨的生成 01 进入数控加工模块，按照与6.1节实例相同的步骤进行设置。 02 进入可变轮廓铣工序对话框，指定部件为圆柱轴实体的槽底面（小径面），参见 图6-14。 注 要选择圆柱体槽底面而不是圆柱轴实体。 多轴工序中，因为刀轨存在多重解，所以在确认不会发生干涉跨跃的情况下，应尽量 只选择必须选的对象，以避免不理想的情况出现。同时，因为多轴工序的计算量要远 大于二轴半到三轴工序，所以不选择非必须对象也可以加快计算机的计算速度。 图6-14 指定部件 03 在驱动方法栏中选择“曲线/点”选项，在随后出现的警示框中单击确定，进入 曲线/点驱动方法对话框，使用相切曲线过滤来选择槽中心线，单击OK按钮，参见图 6-15。 图6-15 指定驱动曲线 04 按照与6.1节中实例相同的参数设置其他参数，然后生成刀轨，参见图6-16。 图6-16 生成驱动曲线刀轨 05 显然，只生成一条刀轨是不合理的。因此在对话框中单击Cutting Parameters（切削 参数）按钮，在切削参数对话框的Multiple Passes（多刀路）选项卡中设置参数，参见 图6-17。 . 在Part Stock Offset（深度余量偏置）输入框中输入槽深度值10mm（经测量得 出，也就是部件上有多厚的毛坯料需要去除）； . 选中Multi-Depth Cut（多重深度）复选框； . 在Step Method（步进方法为）下拉列表框中选择Increment（增量）选项； . 将Increment（增量值）设置为1（即每层切削深度为1mm），单击OK按钮。 06 修改参数后，必须重新生成刀轨才有效。再次单击“生成”按钮，生成刀轨，参 见图6-18。 图6-17 设置驱动曲线多重刀轨 图6-18 驱动曲线多重深度刀轨 07 从图6-18中可以看出，跨越运动在拐角为直角，工艺不算最佳，如果介意，可在 非切削移动对话框中的Transfer/Rapid（转移/快速）选项卡进行拐角光顺设置，参见图 6-19。 图6-19 设置圆柱避让安全 . 在Clearance Option（安全设置）下拉列表框中选择Cylinder（圆柱）选项（跨 越运动将被限制在这个“圆柱”范围内）； . 设置Specify Point（指定点）为坐标系原点（这个点设置在圆柱轴心线上即 可）； . 设置Specify Vector（指定矢量）为XC轴方向（圆柱轴心矢量向）； . 输入Radius（圆柱半径）值为100（跨越运动范围。设置过程类似于在建模环境 中绘制一个圆柱模型）。 08 在高速铣的工况下，可考虑在非切削移动对话框中单击Smoothing（光顺）标签， 并勾选Apply Corners Smoothing（应用在拐角）复选框，参见图6-20。这样设置后，刀 轨在拐角处将全部走圆弧形，避免了惯性冲击等造成的不良影响，参见图6-20。 图6-20 设置刀轨的光顺 09 确定后重新生成刀轨，则这个刀轨的拐角变为光顺过渡，参见图6-21。 图6-21 最终生成的粗加工刀轨 6.2.3 往复切削驱动面的构建 使用前面步骤生成的四轴曲线驱动刀轨采用的是单向切削模式，只能作为精加工 使用。如果欲使刀轨往复切削，以提高加工效率，那么从创建驱动几何体到加工模式 的工序都得全部重建。 构建往复切削驱动面的步骤如下。 01 进入建模模块，使用前面步骤介绍的方法构建曲线。需要注意的是，这次不仅仅 只绘制大径面槽的中线，也要用相同或其他方式绘制出槽底小径面的中间线。绘制结 果参见图6-22。 图6-22 创建辅助线几何体 02 通过这两条曲线构建出直纹面，驱动几何体构建完成，参见图6-23。 图6-23 创建辅助直纹面 6.2.4 往复切削刀轨的创建 创建往复切削刀轨的步骤如下。 01 再次进入加工模块，并在工序导航器中将前面创建的工序复制并粘贴至此，重命 名后对其进行编辑，参见图6-24。 图6-24 复制工序 02 在工序对话框的Drive Method（驱动方法）栏中，将Method（方法）选项设置为 Surface Area（曲面），参见图6-25。如果弹出警告对话框，直接单击OK按钮确定 即可。 图6-25 设置曲面区域驱动方法 03 单击图6-25中所示的“扳手”按钮，进入Surface Area Drive Method（曲面区域驱 动方法）对话框，在此对话框中设置下列相关参数，参见图6-26。 图6-26 设置工艺参数 . 设置Specify Drive Geometry（驱动几何）选项为前面做好的直纹面； . 设置Tool Position（刀具位置）为On（对中），也就是让刀具“骑”在驱动几 何体上进行切削。 . 指定Cut Direction（切削方向）为直纹面上边缘向右的箭头方向。选中后的箭 头上有一个小圈作为标识，意思为让最终生成的刀轨从驱动几何体（直纹面） 上边缘开始，从左向右切削，参见图6-27。 04 其他未说明的选项保留原有参数，单击“生成”按钮生成刀轨，参见图6-28。 注 用此方法生成的刀轨基本上为往复切削，提高了加工效率。如果想要彻底实现 往复切削，则不指定部件即可（不指定部件时，一定要考虑过切问题。但此时不指 定部件，理论上讲是不会造成过切问题的）。图6-18为不指定部件时生成的往复 刀轨。 图6-27 指定切削方向 图6-28 生成往复刀轨 05 由于刀具直径小于槽宽，因此，槽两侧壁此时仍有余量。欲使槽底面（小径面） 留有余量时，如果指定过部件，可以在工序对话框中单击【切削参数】按钮，在余量 设置中指定部件余量。 06 如果未指定过部件，如欲使槽底面留有余量则需设置Surface（切削区域的百分 比，参见图6-26）。方法为：在Cut Area（切削区域）下拉列表框中单击Surface%选 项，随后进入Surface Percentage Method（曲面百分比方法）对话框，参见图6-29。 图6-29 驱动面百分比设置 07 将End Step%（结束步长）的值改为95，确定后回到对话框中，重新生成刀轨。这 样便达到了切削后，槽底面留有一定余量的目的。 说明 系统在默认情况下，将在整个驱动几何体上生成刀轨，也就是从0%开始一直 切削至100%。当在结束步长输入框中输入95时，也就是让刀轨从0%开始一直切削至 驱动几何体的95%为止，从而达到了留有余量的目的。 关于曲面驱动模式，后面课程会进一步详述。 6.3 边界驱动实例说明 本例将介绍通过边界驱动方式来生成多轴加工刀轨的方法。 边界驱动是指，刀轨的切削范围除了由指定的部件、毛坯、检查体决定外，还可 由边界进一步地进行限制。 打开training\6\2mam_2.prt文件，参见图6-30。 图6-30 以边界驱动加工工件 工艺分析：此工件上的槽由于具有倒扣特征，所以需要使用多轴机床才能最终加 工完成。首先通过三轴型腔铣对槽进行粗加工，然后使用多轴功能精铣，最后还要使 用多轴功能以轮廓铣削的方式切削出倒角特征。 注 边界驱动暂时不支持倒扣特征的加工。 6.3.1 加工刀轨的生成 生成加工刀轨的步骤如下。 01 由于坐标系与加工状况不符，所以对WCS坐标系进行调整：将默认的指向轴心的 ZC轴改为XC轴，并参考WCS调整MCS坐标系，参见图6-30。 02 进入数控加工模块，进入可变轮廓铣工序设置对话框。 03 在此对话框中确认几何体是步骤1中指定的MCS的名称。 04 指定部件为图6-30中高亮显示的片体对象（这个片体在此案例中只是一个辅助几何 体。刀轨虽然由此部件生成，但实际要加工的几何体是实体模型）。 05 在Method（方法）下拉列表框中选择Boundary（边界）选项，参见图6-31。 图6-31 设置边界驱动 06 单击图6-31中的编辑（扳手标识）按钮，进入Boundary Drive Method（边界驱动方 法）对话框，参见图6-32。 07 在图6-32所示的对话框中，单击Specify Drive Geometry（指定驱动几何体）按钮， 进入Boundary Geometry（边界几何体）对话框，参见图6-33。在Mode（模式）下拉列 表框中选择Curves/Edges（曲线边模式）（现有的几何条件）。 图6-32 边界指定 图6-33 设置限制边界几何体 08 在创建边界对话框中，选择实体倒角底边缘线，平面以用户定义方式选择XC-ZC Plane（平面）（对于图6-30中所示的坐标系而言，选择这个平面最合理），参见图 6-34。 图6-34 指定边界投影平面 09 确定后，在XC-ZC 平面生成如图6-35所示的刀轨切削范围限制边界。 图6-35 边界投影预览结果 10 逐级确定后回到边界驱动方法对话框。在Drive Settings（驱动设置）栏中，设置 Cut Pattern（切削模式）为Follow Periphery（跟随周边）模式，参见图6-36。再逐级确 定回到可变轮廓铣工序的对话框。 图6-36 设置刀轨切削方式 11 将投影矢量指定为指定矢量的正YC向（参见图6-30），刀轴为“垂直于部件”或 “4轴，垂直于部件”选项（由于部件为圆柱体，所以在此例中刀轴选这两个选项的结 果都相同）。 12 按照加工工艺要求设置其他参数（注意余量设置。由于此工序指定部件为片体， 而实际欲加工对象是实体，所以余量要设置为片体半径和实体内圆柱面半径之差，如 图6-37所示），生成的刀轨如图6-38所示。 注 这个工件的粗加工工序也可以使用mill_contour中的型腔铣来完成。 后视图 图6-37 设置余量 图6-38 边界驱动刀轨生成 6.3.2 通过复制工序创建轮廓加工刀轨 通过复制工序创建轮廓加工刀轨的步骤如下。 01 在工序导航器中对上一步创建的工序进行复制后粘贴操作，并重命名复制后的工序。 02 对复制的工序进行如下编辑。 . 将刀具设置为倒角刀具； . 将切削模式改为轮廓加工模式； . 其他参数按工艺要求进行设置，生成倒角轮廓加工刀轨，参见图6-39。 图6-39 倒角光刀加工和局部细节 注 在个别工况中，由于边界为曲面向平面投影所得，因此几何拓扑上的改变会导致 一些加工不到位的现象。在这种情况下，边界驱动方法所生成的刀轨只能算是半精加 工（此例在径向方向上略有切削不到位的现象）。 6.3.3 通过偏置曲线创建轮廓加工刀轨 通过设置偏置曲线创建轮廓加工刀轨的步骤如下。 01 选择【插入】→【派生曲线】→【Offset Curve In Face（在面上偏置）】，通过此 命令得到所需驱动轮廓线，设置如下，参见图6-40。 图6-40 创建辅助几何体 . 设置Select Curve（选择线）为斜面底边缘； . 设置Section1:Offset1（偏置距离）为刀具半径； . 设置Select Face or Plane（指定面）为内柱面，创建轮廓偏置曲线。 02 指定部件为工件实体，驱动方法选择曲线/点（驱动几何体为偏置线），其他参数 同6.1节中实例，生成刀轨如图6-39所示。 03 由于在实际加工中，刀具底面与斜面底边缘平齐可能会导致工件上有毛刺存在， 因此，刀轨 “切透”斜面底边缘才能达到最理想的状态。针对这个工件，当驱动方法 为曲线/点时，达到这一目的最简单的办法是通过同步建模功能（偏置边）来修改内柱 面直径：让内柱面直径变小，从而影响派生出来的曲线，进而影响生成的刀轨，参见 图6-41。 原模型斜面底边缘 内柱面直径变小 模型修改后的刀轨 图6-41 通过CAD改变CAM 6.4 四轴定轴粗加工实例说明 本例介绍在多轴精加工之前使用定轴铣方式对工件进行定轴开粗加工的方法。 在NX建模环境中，选择【文件】→【导入】→【PARASOLID】，导入工件模型 文件training\6\emboss.X_T，参见图6-42。 工艺分析：粗加工此工件需要由定轴型腔铣方式完成，然后用四轴加工功能进行 精铣即可。 图6-42 四轴定轴加工工件 6.4.1 毛坯和检查体的创建 创建毛坯和检查体的步骤如下。 01 由于WCS坐标系符合加工要求，因此本例坐标系不必进行调整。 02 在建模环境中，参照坐标系ZC轴绘制车削圆柱毛坯，步骤如下，参见图6-43。 （1）绘制连接4个五星尖点的圆弧，然后将其拉伸（拉伸长度与工件等长）。 （2）按照无倒扣原则对毛坯柱体进行裁切。 03 以图6-43中毛坯体底平面为基准平面，绘制一个矩形草图，矩形草图要适度大于 毛坯体，并拉伸成一矩形体，参见图6-44。在创建工序过程中，该矩形草图将作为检 查体，用来抑制多余的下探刀轨。 图6-43 创建毛坯柱体 图6-44 创建四轴定轴加工工件检查体 6.4.2 定轴粗加工刀轨的生成 生成定轴粗加工刀轨的步骤如下。 01 选择【启动】→【加工】，进入数控加工模块，将CAM设置设置为mill_contour（曲面铣），工序子类型选择型腔铣，对此工件进行三轴（定轴）粗加工。 02 如图6-45所示的粗加工工序完成后，再以同样的方式生成工件下半部分的粗加工刀轨。 03 两次粗加工完成后，对仍有较多残料的部分再次进行必要的清根等工序，参见图 6-46。粗加工完成。 图6-45 四轴定轴粗加工刀轨 图6-46 四轴定轴清根加工 6.5 曲面驱动四轴精加工实例说明 本例将介绍通过构建额外的辅助驱动面来控制多轴加工刀轨轨迹的方法。 多轴加工序在加工一个表面很复杂的工件时，驱动面的使用有助于确定刀位点按 何种方向向工件表面投影，并最终形成接触点，更有助于确定刀轴在加工复杂的工件 表面时，按何种转换方式进行摆动。 在本例中，驱动面的主要作用是为编制理想的刀轨提供便利，化繁为简。这是一 种依靠辅助面方便对投影矢量和刀轴进行控制的手段。 6.5.1 加工驱动面的创建 再次进入建模模块，为图4-64所示的工件创建辅助驱动面（驱动几何体），然后 将底圆边缘拉伸为曲面（若拉伸为实体则不便于操作），拉伸长度与工件等长，参见 图6-47。 图6-47 创建四轴精加工驱动面 注 一般来说，驱动几何体最好要做得刚好能覆盖住欲切削的部分，这样才能得到最 佳切削效果。 6.5.2 四轴精加工刀轨的生成 生成四轴精加工刀轨的步骤如下。 01 进入加工模块，选择mill_multi-axis（多轴铣）方式，设置工序子类型为可变轮廓 铣工序，在位置栏中的程序、刀具、几何体、方法以及名称等全部使用为默认值，单 击确定后，进入可变轮廓铣工序对话框。 02 在此对话框中，按如下设置指定部件和驱动方法，参见图6-48。 . 设置Specify Part（指定部件）为图6-47中的实体； . 在Drive Method（驱动方法）下拉列表框中选择Surface Area（曲面）选项。 03 在随后出现的警示对话框中单击OK按钮，进入Surface Area Drive Method（曲面区 域驱动方法）对话框，参见图6-49。 图6-48 指定四轴精加工驱动方法 图6-49 指定四轴精加工驱动面 04 在这个对话框中，设置Specify Drive Geometry（指定驱动几何）为图6-50中拉伸而 成的曲面，单击OK按钮。 图6-50 选择四轴精加工驱动面 05 随后再次进入曲面区域驱动方法对话框，指定Cut Direction（切削方向）为向左或 向右的箭头，也就是刀轨切削方向是向左还是向右，参见图6-51。 注 在这个案例中，切削方向是上下左右都可以选的，但选择向左或向右更符合工艺 要求。但要注意，选择上面的箭头表示从上向下切削，选择下面的箭头表示从下向上 切削。在图6-52中，因为设置的是右下角向右箭头的方式，所以工件模型上对应的箭 头有一个圈，表示已选，同时也表示切削按从左向右，先下后上的顺序进行。 至此，驱动面的作用已经显现出来了：很多工件本身表面形状较复杂（如大力神杯、 维纳斯像等），由于无法从工件表面本身来确定切削方向，因此需要通过创建简单的 驱动面来解决这个问题——在驱动几何体上设置的所有切削参数都会最终反映到工件 表面。 图6-51 设置四轴精加工参数 图6-52 选择切削方向 06 切削方向选择好后，再设置Flip Material（材料反向）选项来确定相关箭头指向工 件以外的方向，参见图6-53。 注 材料反向可以简单地理解为刀具夹持器所在方向。 07 在Drive Settings（驱动设置）栏中，根据工艺要求设置Stepover（步距）为Number（数 量）（一共要切多少刀）或Scallop（残余高度），并指定相应的参数，参见图6-54。 图6-53 指定四轴精加工材料反向 图6-54 指定工艺参数 08 单击OK按钮确定后回到可变轮廓铣对话框中，指定刀轨如下相关参数，参见图 6-55。 图6-55 指定刀轴 . 在投影矢量下拉列表框中选中“刀轴”选项（相关概念参见第4、第5章）； . 指定Axis（刀轴）为Normal to Drive（垂直于驱动体）。 09 在Cutting Parameters（切削参数）对话框中，单击Tool Axis Control（刀轴控制） 标签，根据需要设置此选项卡中的参数：设置每两个刀位点之间或每分钟允许刀具轴 Max （最大）和 Min（最小）的Tool Axis Change（刀轴摆动角度）值，以及通过设置 Lift at Convex Corner复选框确定当刀轨切削至凸角时，是否抬刀跨越连接，参见图6-56。 图6-56 设定刀轴相关参数 10 其他参数按照加工工艺的相关要求进行设置后，单击“生成”按钮，生成四轴加 工刀轨，参见图6-57。 图6-57 生成四轴精加工刀轨 注 产生在驱动面上的刀位点通过沿指定的投影矢量（刀轴）向工件表面投影产生了 接触点，而切削工件时刀轴的轴向始终垂直于驱动体。生成螺旋刀轨时要注意机床第 四轴的旋转极限（参见图6-54中Cut Pattern）。 6.6.1 加工模型前处理 本例工件的切削区域与非切削区域共面，所以在创建工序前，需要对模型进行必 要的编辑处理。 01 选择【插入】→【派生曲线】→【桥接】，在切削区域面不连续的部位做一条辅 助线，用于对此面进行切割，参见图6-60。 图6-60 模型前处理 02 选择【Insert（插入）】→【Trin（终剪）】→【Divide Face（分割面）】，用桥接 线切割此处的实体表面（被切割面为图6-60中桥接曲线所在的高亮显示面），从而让 切削区域面（槽面）连续，参见图6-61。 图6-61 设置分割面 6.6.2 加工刀轨的生成 生成加工刀轨的步骤如下。 01 分割面设置完成后，进入mill_multi-axis（多轴铣）对话框，工序子类型选择可 变轮廓铣工序，位置栏中的程序、刀具、几何体、方法以及名称等选项全都使用默认 值，单击OK按钮后，进入可变轮廓铣工序对话框。 02 不必指定部件等，设置驱动方法为“曲面”，并在曲面区域驱动方法对话框中指 定驱动几何体为图6-62中高亮显示的曲面（豁口侧壁），单击OK按钮。 注 设置时需要注意坐标系是否需要调整，选择驱动面时要一个挨一个地依次选取。 本例无须指定部件的原因是，因为加工目标面为槽的侧壁面，显然，只用刀具侧 刃进行切削就可以了。在我们的想象中，这种刀轨是不会对实体产生过切的。又因为 虽然在此例中需要指定驱动面，而实际上驱动面本身就是欲切削的面（这就是为什么 事先要在建模模块中对其进行分割预处理的原因），因此，让刀轨直接在驱动面上生 成就可以了，这样生成的刀轨速度反而更快、质量更高。 图6-62 选择驱动面 03 在Surface Area Drive Method（曲面区域驱动方法）对话框中指定Cut Direction（切 削方向）、Flip Material（材料反向）以及Number of Stepovers（步距数）选项的参数， 参见图6-63。 04 单击OK按钮确定后回到可变轮廓铣对话框中，指定Axis（刀轴）选项为Away from Line（远离直线），参见图6-64。 图6-63 指定切削方向和材料反向等参数 图6-64 指定刀轴选项 由于本例未指定部件，所以也不用指定投影矢量。投影矢量是指产生在驱动面上 的刀位点按照指定方向向工件表面进行投影从而形成的接触点。由于本例没有指定部 件，所以投影矢量的指定与不指定均无意义。 05 在随后出现的Away form Line（远离直线）对话框中，设置Specify Vector（指定矢 量）为XC轴（旋转轴），Specify Point（指定点）（旋转轴基准点）为坐标系原点，参 见图6-65。 06 单击OK按钮确定后回到可变轮廓铣对话框中，其他参数按照加工工艺要求设置完 成，单击“生成”按钮，生成图6-66所示的刀轨。 注 由于刀轴为以远离直线方法生成的四轴刀轨，因此事先需要确认这个加工特征是 一个四轴加工特征。否则这个加工特征就是五轴加工特征，显然用这个四轴刀轨来加 工是无法达到相关工艺要求的。 图6-65 指定刀轴旋转轴 图6-66 生成刀轨 从加工工艺上讲，切入切出部分的刀轨最好能延伸出一些来。解决这个问题有两 种方法，但就本案例模型来说，最快捷的方法是直接编辑加工模型：用同步建模功能 或偏置面功能将端面拉长即可。编辑模型后，重新生成刀轨，参见图6-67。 图6-67 通过编辑CAD模型来影响CAM 注 对于刀轨延伸，除编辑模型外，修改曲面%也可以。如果使用编辑几何体的方法 来改变刀轨，最好事先创建工序模型。在后面的章节中，针对工序模型的创建还会有 详细地叙述。 6.7 曲线驱动四轴粗加工 本例将介绍通过曲线驱动来生成多轴粗加工刀轨的方法。 打开training\6\swarf.prt文件，参见图6-68。 工艺分析：这个等距蜗杆工件其实使用车削加工最为方便——无论是粗加工还是 精加工都可以完成。如果非得给一个不用车削加工的理由，那就是图6-68中由椭圆圈阅 的有瑕疵的地方。不过，本书是介绍多轴铣加工的教材，所以不讨论车削加工工艺。 对于这个蜗杆的多轴铣粗加工，显然使用三轴型腔铣工艺是行不通的，但可以 使用曲线驱动方法开粗（参见图6-18）或叶轮模块开粗法（后续内容中会提到）。当 然，还可以使用其他一些方法。 6.7.3 MCS和WORKPIECE的预设置 预设置MCS坐标系和WORKPIECE，步骤如下。 01 为CAM准备好了CAD几何模型之后，进入加工模块。 02 由于此工件的坐标系与工况不符，所以需要对WCS坐标系进行调整。将WCS坐标 系调整到适合对刀找正的位置之后，展开几何体视图，展开工序导航器，双击MCS图 标，参考WCS坐标系对MCS进行修改，参见图6-71。 图6-71 相关几何体的预设置 03 MCS坐标系调整好之后，双击图6-71中的WORKPIECE选项，展开WORKPIECE对 话框。在这个对话框中，预定义部件和毛坯，参照图6-72。 图6-72 设置工件 . 设置Specify Part（指定部件）为蜗杆螺纹底面（小径面）； . 设置Specify Blank（指定毛坯）为包容圆柱体。 6.7.4 粗加工刀轨的创建 几何体预定义好之后，选择【插入】→【工序菜单】，选择mill_multi-axis（多轴 铣）方法，选择工序子类型为可变轮廓铣，位置栏中的几何体选择WORKPIECE，确 定后按6.2节中实例所述方法生成粗加工刀轨，参见图6-73。 6.7.5 加工刀轨仿真 在可变轮廓铣工序对话框最下面选择确认按钮，对编制好的刀轨进行加工仿真， 以确认是否存在干涉、过切等问题。图6-74为粗加工仿真结果。 图6-73 生成粗加工刀轨 图6-74 粗加工仿真 6.8 曲面驱动四轴精加工 本例将介绍直接利用工件表面作为驱动面来控制多轴加工刀轨轨迹的方法。 01 重新打开training\6\swarf.prt文件，进入mill_multi-axis（多轴铣）对话框，设置工 序子类型为可变轮廓铣工序，单击OK按钮确定后进入可变轮廓铣工序对话框。 02 指定部件为蜗杆实体的槽底面（小径面），参见图6-75。 03 驱动方法选择曲面，进入曲面区域驱动方法对话框，指定驱动几何体为图6-76中所 示的高亮曲面（螺旋特征侧壁面），单击OK按钮。 图6-75 指定部件 图6-76 指定驱动几何体 04 在曲面区域驱动方法对话框中，指定正确的切削方向和材料反向方向，以及步距数。 05 回到对话框中，指定下列刀轴相关参数，参见图6-77。 . 设置Projection Vector（投影矢量）栏的Vector（矢量）选项为Tool Axis（刀 轴）； . 设置Axis（刀轴）为Away from Line（远离直线），并在随后出现的远离直线 对话框中，指定矢量向为XC轴（旋转轴），指定点（旋转轴基准点）为坐标 系原点。 图6-80 蜗杆工件 图6-81 指定部件为流道底面 注 由于部件只选择了小径面，因此所使用的刀具直径要适当地小一些，以防止对其 他面产生过切。虽然也可采用其他方式来防止过切，比如将工件实体指定为部件，或 将其他面设为检查面，但这样操作相对烦琐，刀轨也可能不规整。 04 驱动方法选择“曲面”选项，进入曲面区域驱动方法对话框，指定驱动几何体为 图6-81中所示的高亮曲面，即部件和驱动面为同一个对象。同时指定切削方向和材料 反向方向以及步距数值，单击OK按钮，参见图6-82。 注 切削方向要选择顺着流道方向。 对于此案例中的模型，流道是有一定深度的，而这个深度的毛坯必须通过多层切 削才能加工完成。如果只选择驱动面而不选择部件，则系统只会在驱动面的最底面上 产生一层刀轨，这显然是不符合加工工艺要求的。只有指定了部件之后，才可以对此 工件进行多重深度切削，也才符合二次开粗加工的特点。 05 投影矢量指定为刀轴、垂直于驱动体、朝向驱动体3者之一皆可（由于部件和驱动 面重叠，所以这3者在此情况下，效果无区别）。 06 刀轴可指定为垂直于驱动体、远离直线、垂直于部件、4轴垂直于部件、4轴相对 于部件、4轴垂直于驱动体、4轴相对于驱动体、双4轴在驱动体上等选项之一（由于部 件和驱动面重叠，所以这几种刀轴控制方式在此情况下，效果几乎无区别）。 07 单击切削参数按钮，将切削参数设置为多刀路，把其他参数按照工艺要求进行设 置后，单击“生成”按钮，生成二次开粗刀轨，参见图6-83。 图6-82 指定切削方向 图6-83 生成二粗加工刀轨 08 另一个粗加工方法是：在确定相关几何体的时候，部件可设置为流道的3个面，紧 挨着这3个面的两个侧面为检查面，以避免产生干涉（当设置检查体时，注意切削参数 中相关参数的设置），参见图6-84。 09 按照相关工艺来设置其他参数，最终生成的刀轨如图6-85所示。 两个检查面 3个流道面 图6-84 指定部件和检查体 图6-85 设置过检查体的二次开粗加工刀轨 6.10 曲面驱动四轴精加工 本例将介绍通过构建特殊UV纹理的驱动曲面来控制多轴精加工刀轨轨迹的方法。 由于6.9节中实例经过开粗加工之后，蜗杆表面仍然存在不利于直接精加工的厚度 残料，因此，需要半精加工。半精加工工序生成的方法与6.5节中实例相同，生成的刀 轨如图6-86所示。 6.10.1 精加工驱动面的构建 构建精加工驱动面的步骤如下。 01 半精加工完成后，进入建模模块，先构建所需驱动面（因工艺不同，所以不使用 半精加工中的拉伸驱动面），为精加工做准备。首先在蜗杆端面绘制草图圆，通过这 个草图圆构建需要的驱动面，参见图6-87。 图6-86 蜗杆半精加工刀轨 图6-87 创建端面草图圆