NX自动编程及仿真在动车组转向架加工的应用

王海 许金国 刘佛贵 杨奉义

摘 要：NX自动编程是用计算辅助软件，根据要加工的零件数据和加工工艺，通过不同的加工策略，通过NX软件计算刀具和零件表面的位置关系，最终生成可供机床使用的刀路轨迹文件，供数控机床进行加工。数控仿真是模拟实际加工的应用软件，虽然不能代表实际加工，但她能最接近的反应实际加工中可能发生的问题，提前预防机床，刀具和零件的损坏，降低安全事故的发生。

关键词：NX编程；数控仿真；转向架加工

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

0 引言

目前传统的数控机床加工的程序通过手工编制，需将每路径和加工位置、参数及刀具参数手动輸入，编程效率低且容易出错；在现场加工程序调试作业时间长，容易发生碰撞、存在造成加工报废的风险；另方面随着动车零件新品种越来越多，而为了从这些设备投资中取得回报和提高设备利用率，零部件加工品质。NX自动编程和仿真研发，可解决各类加工机床加工侧程序通过手工编制，不能进行离线编程和调试作业存在风险的问题，实现类加工机床加工离线编程、模拟仿真、自动程序输出，可大幅提高编程效率及程序的可靠性和加工产品品质。

1 NX自动编程

Siemens PLM Software 数字化制造解决方案 NX CAM 正在为世界上顶尖的制造者们所采用。他们通过使用数字化制造解决方案来优化他们的制造过程，帮助他们实现了制造梦想，维护了他们在各自领域的领导地位。NX CAM 帮助制造企业加速其产品上市时间、降低产品成本、 提高了产品质量。

1.1 简洁的数控编程流程

NX CAM中从模型准备到创建刀轨再到后处理及工艺文档输出的整个过程非常简洁。编程所需的刀具、几何、切削参数等都采用组的形式，便于刀轨间的共享和管理。所有的编程工作，包括创建、编辑、显示、验证检查等，都可集中在操作导航器（Operation Navigator）上完成。

1.2 同步建模技术快速制作工艺模型

相较于传统的参数化建模技术，NX最新的同步建模技术可以快速修改几何模型，如删除孔位、替换面、延伸面、修改R大小、移动区域等等，而不论该模型是否含有特征参数。用户往往需要在NC编程根据工艺需要修改工件设计模型，如去除或简化一些不必要的形状特征、创建毛坯体等等。有了同步建模技术，无论读入的是PROE或CATIA，甚至IGES、STEP格式，都可以快速完成工艺模型的修改。

1.3 丰富的加工策略

（1）点位加工。NX CAM支持钻孔、绞孔、镗孔、攻丝等点位加工方法，其中钻孔方法中也支持断削钻、啄木钻等循环操作。

（2）平面铣。平面铣适用机械零件或台阶状工件，可用作粗加工或精加工。NX CAM的平面铣几何定义灵活，可选面、边、曲线。此外，平面铣编程中实体不是必需的，用户甚至读入AUTOCAD图纸即可进行编程。利用平面铣进行侧壁光刀时，可灵活延伸/缩短边界。不同的边界甚至同一边界内部不同的分段可以设定不同的余量。平面铣可选择接触点输出，现场加工根据所用刀具的尺寸进行刀补。平面铣支持成型刀定义。

（3）型腔铣。型腔铣可采用层切算法完成任意侧面形状工件的粗加工，用户指定工件体后，NX CAM可以动辨认切削区间。层切深度可以根据工件表面陡缓程度而变化，以保证为后续加工预留均匀的余量。

（4）二次开粗。二次开粗是在上一次粗加工结果的基础上利用较小刀具或较小切深继续清理剩余残料。NX CAM的二次开粗可通过参考刀轨、参考刀具自动计算剩余毛坯体，在此基础上产生刀轨，还可以通过色带云图分析残料的分布情况。

（5）拐角加工。在粗加工及二次开粗完成后，还可以通过拐角加工方法继续清理角位上多余的材料。用户指定参考刀具，NX CAM会计算在同样的切深和其它参数条件下，参考刀具（较大）加工后会剩余多少材料，然后用现在的刀具（较小）角位处产生刀轨。

（6）等高加工。等高加工用于半精加工或精加工，是利用刀具贴着工件侧壁一层一层由上而下切削的一种方法。考虑刀具的震动及加工表面的质量，NX CAM的等高加工可以通过陡峭角定义把加工区域分为陡峭和平缓部分分别处理。另外，等高加工还可以根据工件表面的的法向变化对切深进行优化，以保证切削过程负载平稳以及加工完成后公件表面余量均匀。等高加工还可以通过参数控制实现加工侧壁的同时在平坦区域也产生类似平面铣式样的刀轨，这样在一条刀轨里可以实现工件所有面的加工，而不需要分成几条刀轨来完成。

（7）轮廓铣。轮廓铣是NX CAM中的曲面精加工方法。它通过投影的方法在曲面上产生精加工刀轨。用户加工区域的不同形状选择不同的投影驱动方法，如点/曲线驱动、边界驱动、径向驱动、螺旋驱动、区域驱动、曲面驱动、流线驱动等。是用流线驱动的方法产生的精加工刀轨，刀轨沿着加工区域的外围轮廓走向，既保证的加工过程的连续高效，又确保工件表面的质量，同时也降低了刀具的磨损。在轮廓铣里也可以根据工件表面曲率变化优化刀轨步矩，从而保证切削过程负载平稳以及加工完成后公件表面毛刺均匀。另外，NX CAM的轮廓铣还可以根据加工前工件的余量情况分多层切削。

（8）定位加工。在NX CAM中，刀轴的定义非常简单，用户可以通过定义主加工坐标系和局部加工坐标系的方法来完成定位加工编程。其中局部坐标系的ZM+方向就是定位加工的刀轴方向。坐标系定义好后，用户就可以用三轴编程的方法来完成五轴定位加工编程，后处理时可以按局部坐标系输出刀轨点。这样的程序可读性强，便于现场人员对比检查或编辑修改。

2 NX后处理和数控仿真

NX CAM中通过通过加工模板存储常用的编程方法和参数，通过刀具库、材料库、切削参数库、机床库对编程资源进行管理。从而提高编程效率，减少重复劳动，沉淀企业的行业经验和知识，利于企业的标准化，减少错误。其中这些模板和数据库都可以很方便地进行定制和管理。

2.1 强大的后处理

NX CAM的后处理支持铣、车、线切割等加工方式，支持包括非正交结构在内的各种类型的3～5轴机床，支持Fanuc、Heidenhain、Siemens等控制系统。Siemens官方网站提供了以上各种类型的经过测试的后处理给用户下载。此外，NX CAM还提供了自有的后处理构建器-Post Builder供用户创建/编辑后处理，该后处理构建器采用图形化界面，用户不需要熟悉任何编程或脚本语言，通过选项点取的方式就可以完成包括五轴机床在内的后处理创建，创建过程中Post Builder通过动态图直观显示机床轴结构。Post Builder也提供了对应常见的机床结构和控制系统的后处理模板，从而大大减少了创建后处理的工作量。

2.2 真实准确的程序验证及机床仿真

NX CAM提供了ISV加工仿真模块支持3～5轴铣床、车床、车铣复合设备以及Fanuc、Heidenhain、Siemens等控制系統。NX CAM的ISV仿真采用CSE引擎驱动，直接用后处理之后的NC代码进行仿真，其仿真结果的准确度和可靠性远远高于一般CAM系统利用后处理前的内部刀轨进行仿真的方法。如果客户采用Siemens 840D控制系统，还可以选用准确度更高的VNCK方案，VNCK采用和实际机床控制器内核相同的仿真驱动内核，以确保仿真的结果和实际机床的运行结果完全一致。在NX CAM的ISV方案中，无论CSE还是VNCK引擎，都可以结合Real NC或HMI界面，组成虚拟机床，代替真实机床进行程序验证和仿真试切，杜绝编程错误，提高机床设备利用率，并且可代替机床进行加工操作培训。

3 机床仿真的必要性

数控加工是一个自动过程 ，需要工艺人员事先确定加工过程的工艺流程。在制订流程的过程中 ，工艺人员不仅需要考虑各种加工工艺因素 ，同时还要考虑到干涉问题。由于零件形状是空间三维形状 ，机床是几轴联动 ，在加工过程中 ，加工参数的选择是否合理、零件与机床干涉否、是否存在过切等现象既相互关联又各自遵循自己的变化规律。因此工艺人员难于以现有的分析计算手段 ，优化工艺流程。所以必须要给技术人员提供一套能分析、计算的可视化环境 ，能制定、优化工艺流程的辅助手段 ，以达到提高产品质量 ，缩短制造周期的目的。为此迫切需要应用相对成熟的仿真技术对产品的数控加工过程进行真实加工前的观察 ，以便及时发现和尽快解决问题 ，避免造成不必要的损失。

应用UGNX机床仿真系统进行一般的机床加工仿真，需要首先建立机床运动学模型，软件提供部分控制文件库供使用者调用或修改以满足定制要求，然后利用建模模块建立机床的几何模型，按照图纸设定机床初始位置形成相应的控制文件、机床文件和工作文件。其次，通过UGCAM系统定义夹具和毛坯，调入走到轨迹，定义刀具形状和文件，设定相应的参数即可进行刀具轨迹的仿真，按照机床模型添加机床实体，夹具和毛坯实体，设定相应的参数，即可同时进行刀具轨迹和机床运动仿真，在提高生产效率的情况下，大大搞高了实际生产的安全系数，满足了现代化自动化加工的需求。

4 动车组转向架加工

1.1用NX建立工艺数据，工艺人员根据产品要求的加工公差，以及所选用的机床进行加工坐标系的建立，选择合适的加工策略，根据加工区域的零件特征，选择合适的刀具，完成NX的自动编程。

5 结论

通过NX在转向架的实际运用，NX通过前期的建模和技术分析，工艺制定，自动编程，在保证加工质量的前提下，大大缩短了加工前的准备时间，通过加工前的仿真技术，优化刀具长度和刀具夹头，提前规避加工中的风险，减少了碰撞，节省了成本，提高了动车组加工的生产效率和质量。

用NX软件来进行数控加工程序的编制比采用手工编制程序准确率高、工作效率也高，加上仿真技术的应用，简化了项目流程，增强了现场加工的可控性，更能直接有效的完成动车组的加工任务。

参考文献：

[1]洪如瑾.UG NX高级仿真培训教程[M].清华大学出版社.

[2]夏天，吴立军.UG二次开发技术基础[M].电子工业出版社.

[3]谢国明，曾向阳，王学平.UG CAM实用教程[M].清华大学出版社.