基于NX7.5 5轴铣车复合加工的应用

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本文从科研与生产的实际情况出发，应用NX7.5建模编程软件相关的同步建模、WAVE、铣车CAM和后置处理等功能，解决5轴铣车加工的加工统一环境CAD/CAM编程问题，为零件铣车复合加工技术的工程化应用打下一个良好的基础，也为该技术更大的推广提供了可借鉴的经验。

一、铣车复合加工编程现状

5轴铣车复合加工中心是5轴铣车复合技术的主要载体，要求，也制约着铣车复合加工设备实际生产应用。由于铣车具有铣削、车削和镗削等复合功能，同时配有自动换刀系统和机载测量系统。铣车复合技术是一种在传统机械设计技术和精密制造技术基础上，集成了现代先进控制技术、精密测量技术和CAD/CAM应用技术的先进机械加工工艺技术。5轴铣车复合加工中心相当于1台数控车削中心和1台5坐标加工中心，能够真正地实现一次装夹、全部完工的加工理念，因此其加工范围和功能非常强大，已经成为机械行业发展的前沿技术，其先进的加工工艺理念彻底改变了原有的加工方式。

技术的发展对数控编程技术提出了更高的

铣车复合加工技术的发展对数控编程技术提出了更高的要求，也制约着铣车复合加工设备实际生产应用。由于铣车复合加工投入实际生产的应用时间较短，在没有专业的复合解决方案的情况下，通常是利用通用的NX软件，针对车、铣、钻、镗等工艺内容，分别建立加工模型和规划编程轨迹，通过各自的后置处理生成加工程序，然后工艺人员手工安排调整加工顺序，满足复合加工机床对加工程序的要求。

针对目前铣车复合加工编程现状，本文主要通过介绍NX7.5建模编程软件的同步建模、WAVE、铣车CAM和后置处理等相关功能，简化并解决铣车复合加工编程方法，提高铣车复合加工先进工艺技术的应用水平。

二、铣车复合加工编程解决方案

在NX7.5软件的应用基础上，通过建模方法、编程操作和后置处理的研究和开发，摸索出一套铣车复合加工编程的应用方法，即在一个零件模型上建立车、铣、钻、镗等加工特征，在统一的NX编程环境下，根据加工路线编制车、铣、钻、镗等程序操作轨迹，通过统一的后置处理程序，依照顺序分别生成加工程序。

建模方法主要是通过同步建模和WAVE技术，实现快速建立或更改工序模型特征，提高多工序环境下数据重用，不考虑模型构建的顺序，更改操作是基于实时地尺寸驱动，没有数据的特征回放。编程操作主要是通过建立统一的坐标系，区分车削、铣削几何体，建立铣车加工编程模板，初始化参数，从而实现多特征加工模块的统一。后置处理主要通过集成统一的后置处理程序，实现将不同特征的编程操作处理转换成对应的数控程序，减少不同工艺方法的后置处理开发，提高技术人员的工作效率。

铣车复合加工编程方法中所涉及的建模方法、编程操作和后置处理等关键技术可以通过一张流程图表示，见图1。

三、铣车复合加工编程应用

1.机床描述

5轴铣车加工中心为德国德玛吉公司生产的5轴铣车复合加工中心，控制系统为SINUMERIK 840D SL， X、Y、Z、B 和 C5轴联动控制，具有全自动在线测量系统。该机床结构和坐标系如图2所示，结构主要由床身、回转工作台和斜摆头加工单元组成，其床身为固定部分，回转工作台可实现C轴铣削和主轴车削功能，斜摆头加工单元可实现主轴定向车削加工和5轴联动铣削功能。

2.加工模型

一般而言，机械类零件都是先经过铸造、锻造和焊接等热工艺加工方法后制造的毛坯，然后再经过冷加工工艺完成的，在冷加工的过程中零件的特征变化多为面的偏置和相关面的增加，所以毛坯和零件的特征从形状上看大致相同。这样我们可以通过同步建模技术，根据零件模型绘制毛坯模型，也可以通过毛坯模型构建零件模型。同步建模技术是一种基于特征的建模技术，支持基于历史和独立于历史两种模式。使用同步建模方法进行数据修改特别是后期数据修改，其效率远远高于传统特征建模方式。

nx7.5同步建模包括移动面、拉出面、偏置面、替换面、调整倒（圆）角的大小、调整面的大小、删除面、约束和尺寸等指令。

某工件的毛坯图如图3所示，零件图如图4所示。该零件图是通过图3的毛坯图采用NX同步建模技术变换形成的，在编程加工过程中减少模型坐标系方向不一致导致的平移旋转等变换。

零件的毛坯图依次经过同步建模中的偏置曲面、替换面和阵列面等操作，可方便快速地完成零件图的建立，具体操作过程见图5～图7。

传统上将装配模型的概念应用到加工的方法，就是主模型的方法，主模型的概念对于保护设计数据不被破坏非常有用。通过创建加工装配件，将组件加到加工装配件中，加工的数据存储在单独的文件中，避免了重复的建模，并可以实现与主模型同步。但是，在某些情况下，抽取或提升主模型的局部特征，引用到加工装配中，由于建立模型的方法和顺序各异，主模型特征的改变，加工装配中引用主模型的特征有时会造成逻辑关系上混乱，加工装配更新不过来，从而软件报警出错。现在采用Wave关联进行加工装配，具体操作过程见图8，图9为通过Wave技术建立的加工模型。

WAVE链接方法的加工装配，优点是主模型的改变，WAVE链接的加工装配也随之改变，加工所用到的辅助几何和操作中所选择的几何体，都会继承；WAVE链接的加工装配可以在主模型的基础上进行随意编辑，不用提升等操作命令，而主模型还不改变；应用WAVE链接，对于整个工艺流程来说，设计零件发生更改，毛料也随之发生改变，方便快捷。

3.编程操作

传统的数控编程技术是将铣加工与车加工分成2个文件，分别在铣、车操作模板环境下生成数控加工程序。铣车复合加工编程将铣、车数控程序编制统一在一个文件中，统一加工坐标系，通过区分车削、铣削几何体来控制零件、毛坯选择，统一安排铣、车加工顺序，实现铣、车加工操作的建立，具体操作过程见图10～图13。

4.铣车复合后置处理

与数控编程技术相对应，铣车复合加工由于工艺方法复杂、运动部件多以及涉及坐标轴多等原因，一般铣车复合机床都属于5坐标加工中心，从而对于目前的后置处理软件及技术提出了更高的要求。通过摸索NX7.5软件后置处理功能，根据不同的加工方式后置处理自动识别生成加工程序，实现铣车复合加工的铣削、车削、钻削等加工的后置处理。

铣车复合加工中心进行编制后置处理分成4步骤。

（1）创建一个新的2轴车床后置处理程序，见图14。

（2）创建一个新的一摆头一转台5轴铣削后置处理程序，见图15。

（3）创建一个新的铣车复合型的后置处理程序，见图16。

（4）车铣复合后置处理中链接步骤（1）、（2）所创建的后置处理，在车削、铣削的加工方法添加HEAD事件，这样就建立铣车复合加工的后置处理程序，见图17。

四、总结

铣车复合加工编程应用的初期，分别建立铣、车两个模型文件，分别进行数控编程和后置处理，导致任务量增大，重复工作增多。通过应用NX7.5软件，结合软件的相关高级功能，成功解决了5轴铣车复合加工的CAD/CAM应用问题，大大提高了工艺人员程序编制应用水平，从而缩短了工艺准备和研制周期。