UG CAM数抧编程媞用教程0.docx

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UGCAM数抧编程媞用教程0

一、CAM编程基本实现过程

1、加工工艺分析和规划

加工工艺分析和规划的主要内容包括：

（1）加工对象的确定：

通过对模型的分析，确定这一工件的哪些部位需要在数控铣床上或者数控加工中心加工。

数控铣的工艺适应性也是有一定限制的，对于尖角、细小的筋条等部位是不适合加工的，应使用线切割或者电加工来加工；而另外一些加工内容，可能使用普通机床有更好的经济性，如孔的加工、回转体加工，可以使用钻床或车床来进行。

（2）加工区域规划：

即对加工对象进行分析，按其形状特征、功能特征及精度、粗糙度要求将加工对象分成数个加工区域。

对加工区域进行合理规划可以达到提高加工效率和加工质量的目的。

（3）加工工艺路线规划：

即从粗加工到精加工再到清根加工的流程及加工余量分配。

（4）加工工艺和加工方式确定：

如刀具选择、加工工艺参数和切削方式（刀轨形式）选择等。

在完成工艺分析后，应填写一张CAM数控加工工序表，表中的项目应包括加工区域、加工性质、走刀方式、使用刀具、主轴转速、切削进给等选项。

完成了工艺分析及规划可以说是完成了CAM编程80%的工作量。

2、CAD模型完善

对CAD模型作适合于CAM程序编制处理。

由于CAD造型人员更多考虑零件设计的方便性和完整性，并不顾及对CAM加工的影响，所以要根据加工对象的确定及加工区域规划对模型做一些完善。

通常有以下内容：

（1）坐标系的确定。

坐标系是加工的基准，将坐标系定位于适合机床操作人员确定的位置，同时保持坐标系的统一。

（2）隐藏部分对加工不产生影响的曲面，按曲面的性质进行分色或分层。

这样一方面看上去更为直观清楚；另一方面在选择加工对象时，可以通过过渡方式快速地选择所需对象。

（3）修补部分曲面。

对于因有不加工部位存在而造成的曲面空缺部位，应该补充完整。

如钻孔的曲面，存在狭小的凹槽的部位等，应该将这些曲面重新做完整，这样获得的刀具路径规范而且安全。

（4）增加安全曲面。

如将边缘曲面进行适当的延长。

（5）对轮廓曲线进行修整。

对于数据转换获取的数据模型，看似光滑的曲线可能存在着断点，看似一体的曲面在连接处可能不相交，这可通过修整或者创建轮廓线构造出最佳的加工边界曲线。

（6）构建刀具路径限制边界。

对于规划的加工区域，需要使用边界来限制加工范围的，先构建出边界曲线。

3、加工参数设置

参数设置可视为对工艺分析和规划的具体实施，它构成了利用CAD/CAM软件进行NC编程的主要操作内容，直接影响生成的NC程序的质量。

参数设置的内容较多，其中主要有：

（1）切削方式设置：

用于指定刀轨的类型及相关参数。

（2）加工对象设置：

是指用户通过交互手段选择被加工的几何体或其中的加工分区、毛坯、避让区域等。

（3）刀具及机械参数设置：

是针对每一个加工工序选择适合的加工刀具并在CAD/CAM软件中设置相应的机械参数，包括主轴转速、切削进给、切削液控制等。

（4）加工程序参数设置：

包括对进退刀位置及方式、切削用量、行间距、加工余量、安全高度等的设置。

这是CAM软件参数设置中最主要的一部分内容。

4、刀具路径检验

为确保程序的安全性，必须对生成的刀轨进行检查校验，检查刀具路径有无明显过切或者加工不到位，同时检查是否发生与工件及夹具的干涉。

校验的方式有：

（1）直接查看。

通过对视角的转换、旋转、放大、平移直接查看生成的刀具路径，适于观察其切削范围有无越界，以及有无明显异常的刀具轨迹。

（2）手工检查。

对刀具轨迹进行逐步观察。

（3）模拟实体切削，进行仿真加工。

直接在计算机屏幕上观察加工结果，这个加工过程与实际机床加工十分类似。

对检查中发现问题的程序，应调整参数设置重新进行计算，再作检验。

5、后处理

后处理实际上是一个文本编辑处理过程，其作用是将计算出的轨迹（刀位运动轨迹）以规定的标准格式转化为NC代码并输出保存。

在后处理生成数控程序之后，还需要检查这个程序文件，特别对程序头及程序尾部分的语句进行检查，如有必要可以修改。

这个文件可以通过传输软件传输到数控机床的控制器上，由控制器按程序语句驱动机床加工。

在上诉过程中，编程人员的工作主要集中在加工工艺分析和规划、参数设置这两个阶段，其中工艺分析和规划决定了刀轨的质量，参数设置则构成了软件操作的主体。

二、CAD/CAM软件数控编程功能分析及软件简介

1、UG的特点

UG提供复合建模、模块以及功能强大的逼真照相的渲染，动画和快速的原型工具，复合建模让用户可在下列建模方法中选择：

实体建模（Solid）、曲面建模（Surface）、线框建模（Wireframe）、及其基于特征的参数化建模；并提供工程制图（Drafting）、装配建模（AssemblyModeling）、高级装配（AdvancedAssemblies）和标准件库系统（UG/FAST）。

UG软件中包含了CAE辅助分析模块，包括有限元分析（ScenarioforFEA）、有限元（FEA）、机构学（Mechanisms）、和注塑模分析（MFPartAdviser）。

UG还为钣金件（SheetMetal）开发专用模块：

钣金件设计（SheetMetalDesign）、钣金制造（SheetMetalFabrication）、钣金件排样（SheetMetalNesing）、高级钣金件设计（AdvancedSheetMetalDesign）、钣金冲模工程（SheetMetalDieEngineering）。

UG的制造模块包括有以下模块，可以按需要选用：

（1）UG/CAM基础（UG/CAMBase）。

（2）UG/后处理（UG/PostProcrssing）。

（3）UG/车加工（UG/Lathe）。

（4）UG/型芯和型腔铣削（UG/Core&CavityMilling）。

（5）UG/固定轴铣削（UG/Fixed-AxisMilling）。

（6）UG/清根切削（UG/FlowCut）。

（7）UG/可变轴切削（UG/Variable-AxisMilling）。

（8）UG/顺序铣切削（UG/SequentialMilling）。

（9）UG/制造资源管理系统（UG/Genius）。

（10）UG/切削仿真（UG/VERICUT）。

（11）UG/线切割（UG/WireEDM）。

（12）UG/图形刀轨编辑器（UG/GraphicalToolPathEditor）。

（13）UG/机床仿真（UG/Unisim）。

（14）UG/SHOPS。

（15）Nurbs（B样条）轨迹生成器（NurbsB-Spline）PathGenerator）。

UG强大的加工功能是由多个加工模块所组成，其中，型芯和型腔铣模块提供了粗加工单个或多个型腔的功能，可沿任意形状走刀，产生复杂的刀具路径。

当检测到异常的切削区域时，它可修改刀具路径，或者在规定的公差范围内加工出型腔或型芯。

顺序铣模块可连续加工一系列相接表面，用于在切削过程中需要精确控制每段刀具路径的场合，可以保证各相接表面光顺过渡。

其循环功能可在一个操作中连续完成零件底面与侧面的加工，可用于叶片等复杂加工。

在加工基础模块中包含了以下加工类型：

（1）点位加工：

可产生点钻、扩、镗、饺和攻螺纹等操作的刀具路径。

（2）平面铣：

用于平面轮廓或平面区域的粗、精加工，刀具平行于工件底面进行多层铣削。

（3）型腔铣：

用于粗加工型腔轮廓或区域。

它根据型腔的形状，将要切除的部位在深度方向上分成

多个切削层，每个切削层可指定不同的切削深度。

切削时刀轴与切削层平面垂直。

（4）固定轴曲面轮廓铣削：

它将空间的驱动几何投射到零件表面上，驱动刀具以固定轴形式加工曲面轮廓，主要用于曲面的半精加工与精加工。

（5）可变轴曲面轮廓铣：

与固定轴铣相似，只是在加工过程中变轴铣的刀轴可以摆动，可满足一些特殊部位的加工需要。

（6）顺序铣：

用于连续加工一系列相接表面，并对面与面之间的交线进行清根加工。

（7）车削加工：

车削加工模块提供加工回转类零件所需的全部功能，包括粗车、精车、切槽、车螺纹和打中心孔。

（8）线切割加工：

线切割加工模块支持线框模型程序编制，提供多种走刀方式，可进行2～4轴线切割加工。

三、CAM数控编程基础及加工工艺

1、数控加工基本原理

机床上的刀具和工件间的相对运动，称为表面成型运动，简称成型运动，或切削运动。

数控加工是指数控机床按照数控程序所确定的轨迹（称为数控刀具路径）进行表面成型运动，从而加工出产品的表面形状。

数控刀轨是由一系列简单的线段连接而成的折线，折线上的结点称为刀位点。

刀具的中心点沿着刀轨依次经过每一个刀位点，从而切削出工件的形状。

刀具从一个刀位点移动到下一个刀位点的运动称为数控机床的插补运动。

由于数控机床一般只能以直线或圆弧这两种简单的运动形式成插补运动，因此数控刀轨只能是由许多直线段和圆弧段将刀位点连接而成的折线。

数控编程的任务是计算出数控刀轨，并以程序的形式输出到数控机床，其核心内容就是计算出数控刀轨上的刀位点。

在数控加工误差中，与数控编程直接相关的主要有两部分：

（1）刀轨的插补误差。

由于数控刀轨只能由直线和圆弧组成，因此只能近似地拟合理想的加工轨迹。

（2）残余高度。

在曲面加工中，相邻两条数控刀轨之间会留下未切削区域，由此造成的加工误差称为残余高度，它主要影响加工表面的粗糙度。

刀具的表面成型运动通常分为主运动和进给运动。

主运动指机床的主轴转动，其运动质量主要影响产品的表面光洁度。

进给运动是主轴相对工件的平动，其传动质量直接关系到机床的加工性能。

进给运动的速度和主轴转速是刀具切削运动的两个主要参数，对加工质量、加工效率有着重要而且直接的影响。

2、数控加工刀位计算

数控编程的核心内容是计算数控刀轨上的刀位点。

数控加工刀位点的计算过程可分为3个阶段：

（1）加工表面的偏置。

刀位点是刀具中心点的移动位置，它与加工表面存在一定的偏置关系。

这种偏置关系取决于刀具的形状和大小。

当刀具是半径为R的球头刀时，刀轨（刀具中心的移动轨迹）应当在距离加工表面为R的偏置面上。

由此可见，刀位点计算的前提是首先根据刀具的类型和尺寸计算出加工表面的偏置面。

（2）刀轨形式的确定。

刀位点是在加工表面的偏置面上。

刀位点在偏置面上的分布形式称为刀轨形式。

行切刀轨和等高线刀轨是两种最常见的刀轨形式。

行切刀轨，即所有刀位点都分布在一组与刀轴（z轴）平行的平面内。

等高线刀轨（又称环切刀轨），即所有刀位点都分布在与刀轴（z轴）垂直的一组平行平面内。

（3）刀位点的计算。

如果刀具中心能够完全按照理想刀轨运动，其加工精度无疑将是最理想的。

然而，由于数控机床通常只能完成直线和圆弧线的插补运动，因此只能在理想刀轨上以一定间距计算出刀位点，在刀位点之间做直线或圆弧运动。

刀位点的间距称为刀轨的步长，其大小取决于编程允许误差。

编程允许误差越大，则刀位点的间距越大，反之越小。

然而，无论在各种CAM软件中刀位点计算有多么复杂多样，其技术核心都只有一点，即以一定的形式和密度在被加工面上计算出刀位点。

刀位点的密度不仅指刀轨的行距，而且还指刀轨的步长，它们是影响数控编程精度的主要因素。

加工中心的主轴转速一般都在15000r/min～20000r/min，最高甚至达到了60000r/min。

进给运动的速度目前也有大幅度提高，可达20m/min，甚至60m/min。

3、数控机床的坐标系

机床的坐标系是机床上固有的坐标系，是机床加工运动的基本坐标系，是考察刀具在机床上的实际运动位置的基准坐标系。

机床上的刀具和工件间的相对运动，称为表面成型运动。

对于具体机床来说，有的是刀具移动而工作台（工件）不动，而有的则是刀具不动而工作台（工件）移动。

然而不管是刀具移动还是工件移动，机床坐标系永远假定刀具相对于静止的工件而运动。

同时，运动的正方向是增大工件与刀具之间距离的方向。

机床坐标系通常采用的是右手直角笛卡尔坐标系，一般情况下主轴的方向为z坐标，而工作台的两个运动方向分别为x、y坐标。

以典型的单立柱立式数控铣床加工运动坐标系为例：

刀具沿与地面垂直的方向上下运动，工作台带动工件在与刀具垂直的平面（即与地面平行的平面）内运动。

机床坐标系的z坐标是刀具运动方向，并且刀具向上运动为正方向。

当面对机床进行操作时，刀具相对工件的左右运动方向为x坐标，并且刀具相对工件向右运动（即工作台带动工件向左运动）时为x坐标的正方向。

y坐标的方向可用右手法则确定。

若以x’、y’、z’表示工作台和刀具的运动关系，而以x、y、z表示刀具相对工件的运动坐标，则显然有x’=x、y’=y、z’=z。

对于龙门机床，当从主轴向左侧立柱看时，刀具相对工件向右运动的方向为x坐标的正方向。

机床坐标系的原点也称机床原点或零点，其位置在机床上是固定不变的。

关于数控机床坐标系和运动方向命名的详细内容，可参阅JB3052-82部颁标准。

为了方便起见，在数控编程时稳拿往往采用工件上的局部坐标系（称为工件坐标系），即以工件上的某一点（工件原点）为坐标系原点进行编程。

数控编程采用的坐标系称为编程坐标系，数控程序中的加工刀位点坐标均以编程坐标系为参照进行计算。

在加工时，工件安装在机床上，这时只要测量工件原点相对机床原点的位置坐标（称为原点偏置），并将该坐标值输入到数控系统中，则数控系统就会自动将原点偏置加入到刀位点坐标中，使刀位点在编程坐标系下的坐标值转化为机床坐标系下的坐标值，从而使刀具运动到正确位置。

测量原点偏置实际上就是在数控机床操作中通常所说的“对刀”操作。

4、数控程序的结构

下面是一个数控程序结构示意图：

1%起始符

2O0600程序名

3N1G92X0Y0Z1程序主体

N2S300M03程序段（其中S300M03为功能字）

N3G90G00X-5.5Y-6.

N4Z-1.2M08

………………

4N170M30

%程序结束符

一般情况下，一个基本的数控程序由以下几个部分组成：

（1）程序起始符。

一般位“%”，也有的数控系统采用其他字符，应根据数控机床的操作说明使用。

程序起始符单列一行。

（2）程序名。

单列一行，有两种形式，一是以规定的英文字母（通常为O）为首，后面接若干位（通常为2位或4位）的数字，如O0600，也称为程序号。

另一种是以英文字母、数字和符号“-”混合组成，比较灵活。

程序名具体采用何种形式是由数控系统决定的。

（3）程序主体。

由多个程序段组成，程序段是数控程序中的一句，单列一行，用于指挥机床完成某一个动作。

每个程序又由若干个程序字（WORD）组成，每个程序字表示一个功能指令，因此又称为功能字，它由字首及随后的若干个数字组成（如X100）。

字首是一个英文字母，称为字的地址，它决定了字的功能类别。

一般字的长度和顺序不固定。

在程序末尾一般有程序结束指令，如M30，用于停止主轴、冷却液和进给，并使控制系统复位。

（4）程序结束符。

程序结束的标记符，一般与程序起始符相同。

5、常用的数控指令

数控程序字按其功能的不同可分为若干种类型，下面分别予以简单介绍：

（1）、顺序号字

也叫程序段号，在程序段之首，以字母N开头，其后卫一个2～4位的数字。

警告：

数控程序是按程序的排列次序执行的，与顺序段号的大小次序无关，即程序段号实际上只是程序段的名称，而不是程序段执行的先后次序。

（2）、准备功能字

以字母G开头，后接一个两位数字，因此又称为G指令。

它是控制机床运动的主要功能类别。

常用的G指令有：

1）G00：

快速定位点，即刀具快速移动到指定坐标，用于刀具在非切削状态下的快速移动，其移动速度取决于机床本身的技术参数。

如刀具快速移动到点（100，100，100）的指令格式为：

G00X100.0Y100.0Z100.0

2）G01：

直线插补，即刀具以指定的速度直线运动到指定的坐标位置，是进行切削运动的两种主要方式之一。

如刀具以250mm/min的速度直线插补运动到点（100，100，100）的指令格式为：

G01X100.0Y100.0Z100.0F250

3）G02、G03：

顺时针和逆时针圆弧插补，即刀具以指定的速度以圆弧运动到指定的位置。

G02/G03有两种表达格式，一种为半径格式，使用参数值R，如G02X100.0Y100.R50.F250表示刀具以250mm/min的速度沿半径为50的顺时针圆弧运动至终点（100，100），其中R值的正负影响切削圆弧的角度，R值为正时，刀位起点到终点的角度小于或等于180°，R值为负值时刀位起点到刀位终点的角度大于或等于180°。

另一种为向量格式，使用参数I，J，K给出圆心坐标，并以相对于起始点的坐标增量表示。

例如G02X100.Y100.I50.J50.F250表示刀具以250mm/min的速度沿一顺时针运动至点（100，100），该圆弧的圆心相对于起点的坐标增量为（50，50）。

4）G90、G91：

绝对指令/增量指令。

其中G90指定NC程序中的刀位坐标是以工作坐标系原点为基准来计算和表达的。

而G91则指定NC程序中的每一个刀位点的坐标都是以其相对于前一个刀位点坐标增量来表示的。

5）G41、G42、G40：

刀具半径左补偿、右补偿和取消补偿。

用半径为R的刀具切削工件时，刀轨必须始终与切削轮廓有一个距离为R的偏置，在手工编程中进行这种偏置计算往往十分麻烦。

如果采用G41、G42指令，刀具路径会被自动偏移一个R距离，而编程只要按工件轮廓去考虑就可以了。

在G41、G42指令中，刀具半径是用其后的D指令指定。

所谓左补偿，是指沿着刀具前进的方向，刀轨向左偏置一个刀具半径的距离。

在交互式图形编程中，由于刀轨是在工件表面的偏置上计算得到的，因此不需要再进行半径补偿，即一般不使用G40～G42指令。

6）G54、G92：

加工坐标系设置指令。

G54是数控系统上设定的寄存器地址，其中存放了加工坐标系（一般是对刀点）相对于机床坐标系的偏移量。

当数控程序中出现该指令时，数控系统即根据其中存放的偏移量确定加工坐标系。

G92是根据刀具起始点与加工坐标系的相对关系确定加工坐标系，其格式示例为：

G92X20.0Y30.0Z40.0

表示刀具当前位置（一般为程序起点位置）处于加工坐标系（20，30，40）处，这样就等于通过刀具当前位置确定了加工坐标系的原点位置。

（3）辅助功能字

辅助功能字一般由字符M及随后的两位数字组成，因此也称为M指令。

它用来指令数控机床的辅助装置的接通和断开（即开关动作），表示机床各种辅助动作及其状态。

常用的M指令有：

1）M02、M30：

程序结束。

2）M03、M04、M05：

主轴顺时针转、主轴逆时针转、主轴停止转动。

3）M06：

换刀。

将预置的刀具（T_）换到主轴上。

4）M08、M09：

冷却液开、关。

5）M98：

调用子程序。

6）M99：

子程序结束，返回主程序。

（4）其他功能字

1）尺寸字：

也称为尺寸指令，主要用来指定刀位点坐标位置。

如X、Y、Z主要用于表示刀位点的坐标值，而

用于表示圆弧的半径（参见G02、G03指令中的内容）。

2）进给功能字：

以字符F开头，因此又称为F指令，用于指定刀具插补运动（即切削运动）的速度，称为进给速度，单位是毫米/分钟（mm/min）。

3）主轴转速功能字：

以字符S开头，因此又称为S指令。

用于指定主轴的转速，以其后的数字给出，单位是转/分钟（r/min）。

4）刀具功能字：

用字符T及随后的号码表示，因此也称为T指令。

用于指定加工时采用的刀具号，该指令在加工中心上使用。

6、手工编程示例

手工编程的基本步骤是：

（1）零件图分析。

（2）刀具加工路径规划和刀位计算。

（3）工艺分析。

（4）程序编制与校验。

进行手工编程时，应注意以下几个问题和细节：

（1）大部分的机床设置默认使用脉冲当量为单位，一个脉冲当量通常为1μm即0.001毫米，而加上小数点后的值被认为是尺寸，单位为mm，所以在编程时一定不要忘记坐标值后的小数点。

（2）注意参数的正负，选择正确的切削方向和刀具补偿方向。

（3）结合使用G90/G91可以减少计算量，但一定不能混淆。

（4）

编制程序时，刀具最好在同一平面内运行，避免3轴同时运动，如：

将Z轴运行列为单独的一个单节，这样可以有更好的安全性。

（5）在程序末尾加工完成时，建议先使用M05停止

主轴转动，再由M02或M30结束程序。

M02或

M30也将停止主轴，但主轴所受的扭力较大，会

使机床主轴齿轮寿命受损。

（6）对较长的程序，建议使用CAD/CAM自动编程软件

进行编程，或者在计算机上书写完整并检验后再

传输到数控机床，这样可以避免或减少错误，同

时减少机床待机时间，提高机床利用率。

加工程序及说明

附注1：

G92是工件坐标系设置指令，本程序第一行表示工件坐标原点设置在当前刀具位置0的下方1mm处。

程序

程序段说明

刀位点

N1G92X0Y0Z1；

设置程序起点0（见附注1）

0

N2S300M03；

主轴转速设定及主轴顺时针转

N3G90G00X-5.5Y-7；

采用绝对坐标系编程，速移至P1。

由于Z坐标不变，因此在G00后省略该坐标值的尺寸字（见附注2）

P1

N4Z-1.2M08；

刀具迅速降到工件表面以下1.2mm处，X、Y坐标不变。

打开冷却液。

由于与前一指令同样是快速点定位，因此G00可省略。

N5G41G01X-5.5Y-5.

D03F250；

刀具左补偿启动，并以250毫米每分钟的速度进行第一次带左补偿的直线插补运动，注意移动坐标与实际运动位置

P2的关系。

此后各段左补偿将持续有效。

D03中存放了刀具半径的数值，即左补偿量。

P2

N6Y0；

直线插补移动（与前一指令相同，故G01可省略不写）至P3，这是进刀段。

注意左补偿的作用，即运动坐标值与实际刀心位置（即刀位点）的差别

P3

N7G02X-2.Y3.5R3.5；

顺时针圆弧切削运动到P4

P4

N8G01X2.Y3.5；

P5

N9G02X2.Y-3.5R3.5；

P6

N10G01X-2.Y-3.5；

P7

N11G02X-5.5Y0R3.5；

P8

N12G01X-5.5Y5.；

P9

N13G40G00X-5.5Y7.M09；

取消半径补偿功能

P10

N14Z1.M05；

刀具上升到安全位置

N15X0Y0；

刀具回原点

0

N16M30；

程序结束

附注2:

在数控程序中，上一段程序已经写明本程序段中不必变化的那些字仍然有效，不必重写。

四、工艺分析和规划

交互式图形编程工艺分析和规划的主要内容包括加工对象及加工区域规划、加工工艺路线规划、加工工艺和加工方式规划等3个方面。

1.加工对象及加工区域规划

加工对象及加工区域规划是将加工对象分成不同的加工区域，分别采用不同的加工工艺和加工方法进行加工，目的是提高加工效率和质量。

常见的需要进行分区域加工的情况有以下集中：

（1）加工表面形状差异较大，需要分区加工。

例如对水平平面部分采用平底铣刀加工，刀轨的行间距可超过刀具的半径，以提高加工效率。

而对曲面部分则应使用球头刀加工，行间距远小于刀具半径，以保证表面光洁度。

（2）加工表面不同区域尺寸差