NX自動編程及仿真在動車組轉向架加工的應用

王海 許金國 劉佛貴 楊奉義

摘 要：NX自動編程是用計算輔助軟件，根據要加工的零件數據和加工工藝，通過不同的加工策略，通過NX軟件計算刀具和零件表面的位置關系，最終生成可供機床使用的刀路軌跡文件，供數控機床進行加工。數控仿真是模擬實際加工的應用軟件，雖然不能代表實際加工，但她能最接近的反應實際加工中可能發生的問題，提前預防機床，刀具和零件的損壞，降低安全事故的發生。

關鍵詞：NX編程；數控仿真；轉向架加工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.121

0 引言

目前傳統的數控機床加工的程序通過手工編制，需將每路徑和加工位置、參數及刀具參數手動輸入，編程效率低且容易出錯；在現場加工程序調試作業時間長，容易發生碰撞、存在造成加工報廢的風險；另方面隨著動車零件新品種越來越多，而為了從這些設備投資中取得回報和提高設備利用率，零部件加工品質。NX自動編程和仿真研發，可解決各類加工機床加工側程序通過手工編制，不能進行離線編程和調試作業存在風險的問題，實現類加工機床加工離線編程、模擬仿真、自動程序輸出，可大幅提高編程效率及程序的可靠性和加工產品品質。

1 NX自動編程

Siemens PLM Software 數字化制造解決方案 NX CAM 正在為世界上頂尖的制造者們所采用。他們通過使用數字化制造解決方案來優化他們的制造過程，幫助他們實現了制造夢想，維護了他們在各自領域的領導地位。NX CAM 幫助制造企業加速其產品上市時間、降低產品成本、 提高了產品質量。

1.1 簡潔的數控編程流程

NX CAM中從模型準備到創建刀軌再到后處理及工藝文檔輸出的整個過程非常簡潔。編程所需的刀具、幾何、切削參數等都采用組的形式，便于刀軌間的共享和管理。所有的編程工作，包括創建、編輯、顯示、驗證檢查等，都可集中在操作導航器（Operation Navigator）上完成。

1.2 同步建模技術快速制作工藝模型

相較于傳統的參數化建模技術，NX最新的同步建模技術可以快速修改幾何模型，如刪除孔位、替換面、延伸面、修改R大小、移動區域等等，而不論該模型是否含有特征參數。用戶往往需要在NC編程根據工藝需要修改工件設計模型，如去除或簡化一些不必要的形狀特征、創建毛坯體等等。有了同步建模技術，無論讀入的是PROE或CATIA，甚至IGES、STEP格式，都可以快速完成工藝模型的修改。

1.3 豐富的加工策略

（1）點位加工。NX CAM支持鉆孔、絞孔、鏜孔、攻絲等點位加工方法，其中鉆孔方法中也支持斷削鉆、啄木鉆等循環操作。

（2）平面銑。平面銑適用機械零件或臺階狀工件，可用作粗加工或精加工。NX CAM的平面銑幾何定義靈活，可選面、邊、曲線。此外，平面銑編程中實體不是必需的，用戶甚至讀入AUTOCAD圖紙即可進行編程。利用平面銑進行側壁光刀時，可靈活延伸/縮短邊界。不同的邊界甚至同一邊界內部不同的分段可以設定不同的余量。平面銑可選擇接觸點輸出，現場加工根據所用刀具的尺寸進行刀補。平面銑支持成型刀定義。

（3）型腔銑。型腔銑可采用層切算法完成任意側面形狀工件的粗加工，用戶指定工件體后，NX CAM可以動辨認切削區間。層切深度可以根據工件表面陡緩程度而變化，以保證為后續加工預留均勻的余量。

（4）二次開粗。二次開粗是在上一次粗加工結果的基礎上利用較小刀具或較小切深繼續清理剩余殘料。NX CAM的二次開粗可通過參考刀軌、參考刀具自動計算剩余毛坯體，在此基礎上產生刀軌，還可以通過色帶云圖分析殘料的分布情況。

（5）拐角加工。在粗加工及二次開粗完成后，還可以通過拐角加工方法繼續清理角位上多余的材料。用戶指定參考刀具，NX CAM會計算在同樣的切深和其它參數條件下，參考刀具（較大）加工后會剩余多少材料，然后用現在的刀具（較小）角位處產生刀軌。

（6）等高加工。等高加工用于半精加工或精加工，是利用刀具貼著工件側壁一層一層由上而下切削的一種方法。考慮刀具的震動及加工表面的質量，NX CAM的等高加工可以通過陡峭角定義把加工區域分為陡峭和平緩部分分別處理。另外，等高加工還可以根據工件表面的的法向變化對切深進行優化，以保證切削過程負載平穩以及加工完成后公件表面余量均勻。等高加工還可以通過參數控制實現加工側壁的同時在平坦區域也產生類似平面銑式樣的刀軌，這樣在一條刀軌里可以實現工件所有面的加工，而不需要分成幾條刀軌來完成。

（7）輪廓銑。輪廓銑是NX CAM中的曲面精加工方法。它通過投影的方法在曲面上產生精加工刀軌。用戶加工區域的不同形狀選擇不同的投影驅動方法，如點/曲線驅動、邊界驅動、徑向驅動、螺旋驅動、區域驅動、曲面驅動、流線驅動等。是用流線驅動的方法產生的精加工刀軌，刀軌沿著加工區域的外圍輪廓走向，既保證的加工過程的連續高效，又確保工件表面的質量，同時也降低了刀具的磨損。在輪廓銑里也可以根據工件表面曲率變化優化刀軌步矩，從而保證切削過程負載平穩以及加工完成后公件表面毛刺均勻。另外，NX CAM的輪廓銑還可以根據加工前工件的余量情況分多層切削。

（8）定位加工。在NX CAM中，刀軸的定義非常簡單，用戶可以通過定義主加工坐標系和局部加工坐標系的方法來完成定位加工編程。其中局部坐標系的ZM+方向就是定位加工的刀軸方向。坐標系定義好后，用戶就可以用三軸編程的方法來完成五軸定位加工編程，后處理時可以按局部坐標系輸出刀軌點。這樣的程序可讀性強，便于現場人員對比檢查或編輯修改。

2 NX后處理和數控仿真

NX CAM中通過通過加工模板存儲常用的編程方法和參數，通過刀具庫、材料庫、切削參數庫、機床庫對編程資源進行管理。從而提高編程效率，減少重復勞動，沉淀企業的行業經驗和知識，利于企業的標準化，減少錯誤。其中這些模板和數據庫都可以很方便地進行定制和管理。

2.1 強大的后處理

NX CAM的后處理支持銑、車、線切割等加工方式，支持包括非正交結構在內的各種類型的3～5軸機床，支持Fanuc、Heidenhain、Siemens等控制系統。Siemens官方網站提供了以上各種類型的經過測試的后處理給用戶下載。此外，NX CAM還提供了自有的后處理構建器-Post Builder供用戶創建/編輯后處理，該后處理構建器采用圖形化界面，用戶不需要熟悉任何編程或腳本語言，通過選項點取的方式就可以完成包括五軸機床在內的后處理創建，創建過程中Post Builder通過動態圖直觀顯示機床軸結構。Post Builder也提供了對應常見的機床結構和控制系統的后處理模板，從而大大減少了創建后處理的工作量。

2.2 真實準確的程序驗證及機床仿真

NX CAM提供了ISV加工仿真模塊支持3～5軸銑床、車床、車銑復合設備以及Fanuc、Heidenhain、Siemens等控制系統。NX CAM的ISV仿真采用CSE引擎驅動，直接用后處理之后的NC代碼進行仿真，其仿真結果的準確度和可靠性遠遠高于一般CAM系統利用后處理前的內部刀軌進行仿真的方法。如果客戶采用Siemens 840D控制系統，還可以選用準確度更高的VNCK方案，VNCK采用和實際機床控制器內核相同的仿真驅動內核，以確保仿真的結果和實際機床的運行結果完全一致。在NX CAM的ISV方案中，無論CSE還是VNCK引擎，都可以結合Real NC或HMI界面，組成虛擬機床，代替真實機床進行程序驗證和仿真試切，杜絕編程錯誤，提高機床設備利用率，并且可代替機床進行加工操作培訓。

3 機床仿真的必要性

數控加工是一個自動過程 ，需要工藝人員事先確定加工過程的工藝流程。在制訂流程的過程中 ，工藝人員不僅需要考慮各種加工工藝因素 ，同時還要考慮到干涉問題。由于零件形狀是空間三維形狀 ，機床是幾軸聯動 ，在加工過程中 ，加工參數的選擇是否合理、零件與機床干涉否、是否存在過切等現象既相互關聯又各自遵循自己的變化規律。因此工藝人員難于以現有的分析計算手段 ，優化工藝流程。所以必須要給技術人員提供一套能分析、計算的可視化環境 ，能制定、優化工藝流程的輔助手段 ，以達到提高產品質量 ，縮短制造周期的目的。為此迫切需要應用相對成熟的仿真技術對產品的數控加工過程進行真實加工前的觀察 ，以便及時發現和盡快解決問題 ，避免造成不必要的損失。

應用UGNX機床仿真系統進行一般的機床加工仿真，需要首先建立機床運動學模型，軟件提供部分控制文件庫供使用者調用或修改以滿足定制要求，然后利用建模模塊建立機床的幾何模型，按照圖紙設定機床初始位置形成相應的控制文件、機床文件和工作文件。其次，通過UGCAM系統定義夾具和毛坯，調入走到軌跡，定義刀具形狀和文件，設定相應的參數即可進行刀具軌跡的仿真，按照機床模型添加機床實體，夾具和毛坯實體，設定相應的參數，即可同時進行刀具軌跡和機床運動仿真，在提高生產效率的情況下，大大搞高了實際生產的安全系數，滿足了現代化自動化加工的需求。

4 動車組轉向架加工

1.1用NX建立工藝數據，工藝人員根據產品要求的加工公差，以及所選用的機床進行加工坐標系的建立，選擇合適的加工策略，根據加工區域的零件特征，選擇合適的刀具，完成NX的自動編程。

5 結論

通過NX在轉向架的實際運用，NX通過前期的建模和技術分析，工藝制定，自動編程，在保證加工質量的前提下，大大縮短了加工前的準備時間，通過加工前的仿真技術，優化刀具長度和刀具夾頭，提前規避加工中的風險，減少了碰撞，節省了成本，提高了動車組加工的生產效率和質量。

用NX軟件來進行數控加工程序的編制比采用手工編制程序準確率高、工作效率也高，加上仿真技術的應用，簡化了項目流程，增強了現場加工的可控性，更能直接有效的完成動車組的加工任務。

參考文獻：

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