UG五轴数控编程（课堂PPT）

UG五轴数控编程周云曦2015.6一、UG可变轴曲面轮廓铣目前具有多轴编程功能的CAM软件种类很多，其中UG软件是较为常用的软件之一。在UG中，多轴机床编程应用最多的功能是“可变轴曲面轮廓铣”。可变轴曲面轮廓铣，是通过驱动面、驱动线或驱动点来产生驱动轨迹路径的，把这些驱动点按照一定的数学关系的投影方法，投影到被加工的曲面上，再按照某种规则来生成刀具路径的。在“可变轴曲面轮廓铣”中，刀轴矢量可以在加工曲面的不同位置，根据一定的规律变化。应用“可变轴曲面轮廓铣”，需要掌握以下一些基本概念：1．零件几何体：用于加工的几何图形；2．驱动几何体：用来产生驱动轨迹路径的几何体；3．驱动点：从驱动几何体上产生的，将按照某种投影方法投影到零件几何体上的轨迹点；4．驱动方法：驱动点产生的方法。有些驱动方法在曲线上产生一系列驱动点，有些驱动方法则在一定面积内产生有一定规则排列的驱动点；5．投影矢量：指引驱动点按照一定规则投影到零件表面，同时决定刀具将接触零件表面的位置。选择的驱动方法不同，可以采用的投影矢量方式也不同。即：驱动方法决定投影矢量的可用性；6．刀轴：即我们前面一直提到的刀轴矢量，用于控制刀轴的变化规律。所选择的驱动方法不同，可以采用的刀轴控制方式也不同。即：驱动方法决定了刀轴控制方法的可用性。刀具轴控制选项驱动方式曲线/点螺旋边界曲面区域刀轨径向切削离开点√√√√√√指向点√√√√√√离开直线√√√√√√指向直线√√√√√√相对于矢量√√√√√√垂直于工件√√√√√√与部件相关√√√√√√4轴与工件垂直√√√√√√4轴工件相关√√√√√√在工件上的双4轴√√√√√√插补√√侧刃驱动√垂直于驱动√相对于驱动√4轴与驱动体垂直√4轴相对于驱动体√在驱动体上的双4轴√与驱动路径相同√二、驱动方法：驱动方法，用于定义刀具路径的驱动点的产生方法。驱动点的排列顺序是按照驱动曲面网格的构造顺序来生成的。UG在多轴加工中提供了多种类型的驱动方法，选择何种驱动方法与被加工零件表面的形状及其复杂程度有关。确定了驱动方法之后可选择的驱动几何类型、刀轴的控制方法也随之确定；可变轴曲面轮廓铣的加工共有八种驱动方法，本节将逐一介绍：⑴、边界驱动：通过指定边界来定义切削区域，边界与零件表面的形状无关，由边界定义产生的驱动点按照某种数学关系沿指定方向投影到零件表面上而生成刀具路径。边界驱动方法多用于精加工操作；刀具跟随复杂的零件表面轮廓，刀轴矢量在刀轴控制方法的控制下随着零件表面变化。在多轴加工中，曲面区域驱动是应用最为广泛的一种驱动方法。曲面区域驱动可以在驱动曲面的网格上创建按一定规则分布的驱动点，利用这些驱动点，按照一定的数学关系沿指定的投影方向投影到被加工的零件表面，然后生成刀具路径；由于曲面区域驱动方法对刀轴以及驱动点的投影矢量提供了附加的控制选项，因此常用于多轴铣削，加工形状复杂的零件曲面。⑵、曲面区域驱动：曲面区域驱动的驱动面，可以是平面也可以是非平面。为了使驱动曲面上生成的驱动点分布均匀，通常把驱动曲面做成比较光顺的曲面，且形状尽量简单，以便在驱动曲面上能够整齐的按行和列的网格排列数据点。驱动曲面上相邻的表面之间必须共享公共边缘线，或者边缘线之间的间隙不超出参数预置中所定义的链接公差；通常要求驱动曲面有偶数的行列网格。为了控制刀轴在被加工面尖角处不产生刀轴的突变情况，通常利用规则的驱动曲面来控制刀轴的矢量方向。选择驱动曲面时，必须有序地选择，而不能随机选择，选择驱动面的顺序也决定了驱动曲面网格的行列方向。⑶、曲线/点驱动：通过指定曲线或点来定义驱动几何，选择点作为驱动几何时，就在所选点间用直线创建驱动路径；选择曲线作为驱动几何时，驱动点沿指定曲线生成。在两种情况下，驱动几何都投影到零件几何表面上，刀具路径创建在零件几何表面上，曲线可以是封闭或开放、连续或非连续的，也可以是平面曲线或空间曲线。当用点定义驱动几何时，刀具按选择点的顺序，沿着刀具路径从一个点向下一个点移动；当用曲线定义驱动几何时，刀具按选择曲线的顺序，沿着刀具路径从一条曲线向下一条曲线移动。选择曲线或点作为驱动几何后，会在图形窗口显示一个矢量方向，表示默认的切削方向。对开口曲线，靠近选择曲线的端点是刀具路径的开始点。对封闭曲线，开始点和切削方向由选择段的次序决定。在曲线与点方法中，有时可以使用负的余量值，以便刀具切削到被选零件几何表面里面。⑷螺旋驱动：通过从一个指定的中心点向外作螺旋移动来得到驱动点的方法，这些驱动点是在过中心点、垂直于投影矢量方向的平面内生成的，然后沿着投影矢量方向投影到零件几何上形成刀具路径，一般用于加工旋转形或近似旋转形的表面或表面区域，与其他驱动方法不同，螺旋驱动方法创建的刀具路径在从一刀切削路径向下一刀切削路径过度时，没有横向进刀，也就不存在切削方向上的突变，而是光顺地持续向外螺旋展开过度。能保持恒定切削速度的光顺切削，特别适合高速加工。⑸、径向驱动：用来生成一条垂直于给定边界的驱动路径。通过指定步长、带宽和切削类型，沿着给定边界方向并垂直于边界生成驱动路径。多用于清根操作。⑹、刀轨驱动：可以沿着刀具位置原文件（CLSF）产生驱动路径，用于生成类似原刀位轨迹的可变轴曲面轮廓铣刀具路径。驱动点沿着已经存在的刀具位置原文件而产生，并且投影到所选择的零件表面上，跟随表面轮廓产生刀具路径。驱动点投影到零件表面的方向和位置由投影矢量来决定。⑺、用户数：是指用户利用第三方软件采用的特殊驱动方式来创建刀具路径，这需要一些可选的，特殊复杂应用开发的用户子程序。⑻、外形轮廓铣：“外形轮廓铣”通常称为“壁驱动”，是可变轴轮廓铣特有的驱动方法，用于生成有倾斜角度的复杂零件型腔或型芯侧壁或复杂零件底面和侧壁连接处的刀具路径。他用刀具底刃加工零件底表面，用刀具侧刃加工零件侧壁，一旦选择了加工区域，系统会自动寻找包含底面的侧壁表面，也可手动选择侧壁表面，刀轴会调整以达到圆滑的刀具路径，在凹角处，刀具用侧刃相切零件侧壁；在凸角处，刀具会添加一圆弧，保持刀轴始终和侧壁相切。在UG编程软件中，唯一可以用于多轴粗加工的一种驱动方法。三、投影矢量：投影矢量，是指驱动点沿着投影的矢量方向投影到工件几何表面上。⑴、指定矢量：构造一个矢量作为投影矢量。在定义投影矢量的多种方法中，只有这种方法定义的投影矢量是固定方向的。可以通过如图3-3-1中的“矢量构造器”窗口来定义一个矢量。如果采用设定矢量的I、J、K值的方法来定义矢量，需注意——对应于投影矢量，我们不需要考虑矢量的长度，只需要考虑矢量的方向。因为矢量方向决定了驱动点如何投影到工件上，而长度与此无关。⑵、刀轴投影：用刀轴矢量的相反方向作为投影矢量。此方法是最常用的方法，投影矢量符合刀轴矢量的规律，可以确保生成的刀具路径形状受到驱动路径的控制，刀路形状与驱动路径形状比较符合。用其他方式定义投影矢量，生成的刀路形状可能与驱动路径相差较大。⑶、远离点：通过指定一个聚点来定义投影矢量，定义的投影矢量以指定的点为起点，并指向工件几何的表面，形成放射状的投影形式。投影矢量方向如图所示：刀轴控制一远离点⑷、朝向点：通过指定一个聚点来定义投影矢量，定义的投影矢量以工件几何表面为起点，并指向定义的点。在指定同一个点时，指向点和离开点的投影矢量方向恰好相反。投影矢量方向如图所示：⑸、远离直线通过指定一条直线来定义投影矢量，定义的投影矢量以指定的直线为起点，并垂直于直线，且指向工件的几何面。需要注意，此处的直线为空间无限长的直线，而非线段。投影矢量方向如图所示：⑹、指向直线通过指定一条直线来定义投影矢量，定义的投影矢量以工件的几何表面为起点，并指向指定的直线，且垂直于直线。在指定同一直线时，指向直线和离开直线的投影矢量方向恰好相反。投影矢量方向如图所示：⑻、指向驱动用于指定在与侧面的距离为刀具直径的点处开始投影，以避免铣削到计划外的部件几何体。除了铣削型腔的内部或者驱动曲面在工件几何的内部外，指向驱动和垂直于驱动基本相似。投影矢量方向如图所示：4、刀轴矢量刀轴矢量的定义为加工中刀尖指向刀柄的方向。与投影矢量一样，刀轴矢量也是一个可变矢量；同时刀轴矢量也是只需要考虑其方向，不需要考虑其长度的。刀轴矢量可以通过指定参数值定义、也可以定义为与工件几何或驱动几何成一定的关系，或是根据指定的点或直线来定义。刀轴矢量的具体定义方法有以下二十种：（2）、指定矢量通过“矢量构造器”对话框构造一个矢量作为刀轴矢量。这种方法也是固定轴，但刀轴可以不是＋Z轴方向。（3）、相对于矢量在指定一个固定矢量的基础上，通过指定刀轴相对于这个矢量的引导角度和倾斜角度来定义出一个可变矢量作为刀轴矢量。（1）、+ZM轴指定刀轴矢量沿加工坐标系的+Z方向。用这种方法控制刀轴，则“可变轴曲面轮廓铣”变为“固定轴曲面轮廓铣”。I，J，K：通过输入相对于工作坐标系原点的矢量值指定一个固定的矢量直线端点：通过定义两个点或选择一条存在的直线，或定义一个点和矢量指定一个固定投影矢量。其中，基础矢量的定义方法有五种（如图3-4-1）2点：可以用点构造功能定义两个点指定一个固定投影矢量。第一个点代表矢量的尾部，第二个点代表矢量的箭头部分。与曲线相切：可以定义一个固定的投射矢量相切于所选择的曲线。指定曲线上的一个点，再选择一条存在的曲线并选择所显示两个相切矢量中的一个。球CSYS：输入分别用Phi和Theta标明的角度值，Phi是在平面ZC-XC中从正Z轴转向正X轴的角度，Theta是在平面XC-YC中从正X转向正Y的角度。前置角和侧倾角的含义如下：前置角：用于定义刀具沿刀具运动方向朝前或朝后倾斜的角度。引导角度为正时，刀具基于刀具路径的方向朝前倾斜；引导方向为负时刀具基于刀具路径的方向朝后倾斜。由于引导角度是基于刀具运动的方向，所以对于Zig-Zag（“之”字形往复）切削方法，刀具在Zig路径往一个方向倾斜，而Zag方向则往相反方向倾斜。侧倾：用于定义刀具相对于刀具路径往外倾斜的角度。沿刀具路径看，倾斜角度为正，使刀具往刀具路径右边倾斜；倾斜角度为负，使刀具往刀具路径左边倾斜。侧倾角度与引导角度不同，它总是固定在一个方向，并不依赖于刀具运动方向。（4）．离开点通过指定一点来定义可变刀轴矢量。它以指定的点为起点，并以指向刀柄所形成的矢量作为可变刀轴矢量。（5）．指向点通过指定一点来定义可变刀轴矢量。它以刀柄为起点，并以指向指定的点所形成的矢量作为可变刀轴的矢量。（6）．离开直线通过指定一条直线来定义可变刀轴矢量，定义的可变刀轴矢量沿着指定的直线，并垂直于直线，且指向刀柄。（8）．与部件相关通过指定引导角度与倾斜角度来定义相对于工件几何表面法向矢量的可变刀轴矢量与“相对于矢量”选项的含义类似，只是用零件几何表面的法向代替了指定的一个矢量。（7）．指向直线指定一条直线来定义可变刀轴矢量，定义的可变刀轴矢量沿着指定的直线，且从刀柄指向指定直线。在如图所示的对话框中可以指定引导角度、倾斜角度以及它们的最大值与最小值，当引导角与倾斜角引起刀具过切工件时，系统就会忽略引导角与倾斜角。对话框中的前置角与倾斜角的含义与“相对于矢量选项相同，这里只对其他选项进行说明。最小前角与最大前角：“最小前角“与”最大前角“用于限制刀轴的可变性，它们可以定义刀轴偏离引导角的允许范围。输入的”最小前角“值必须小于或等于”前置角“的值，输入的”最大前角“必须大于或等于”前置角“的值。最小侧倾角与最大侧倾角：“最小侧倾角“与”最大侧倾角“用于限制刀轴的可变性它们可以定义刀轴偏离倾斜角的允许范围。输入的”最小侧倾角“值必须小于或等于”倾斜角“的值，输入的”最大倾斜角“的值必须大于或等于”倾斜角“的值。（9）．垂直于工件使可变刀轴矢量在每一个接触点垂直于工件的几何面。（10）．四轴垂直于工件通过指定旋转轴（即第四轴）及其旋转角度来定义刀轴矢量。即刀轴先从零件几何表面法向投影到旋转轴的法向平面，然后基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜一个旋转角度。旋转角度：指定刀轴基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜角度。旋转角度为正时，使刀轴基于刀具路径的方向朝前倾斜；旋转角度为负时，使刀轴基于刀具路径的方向朝后倾斜。旋转角与引导角不同，它不依赖于刀具的运动方向，而总是往零件几何表面的同一侧倾斜。（11）．四轴相对于工件通过第四轴及其旋转角度、引导角度与倾斜角度来定义刀轴矢量。即先使刀轴从零件几何表面法向，基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜引导角度与倾斜角度，然后投影到正确的第四轴运动平面，最后旋转一个旋转角度，改选项与“四轴相对于工件”选项的含义类似，由于该选项是一种4轴加工方法，因此一般保持倾斜角度为“0”度。旋转轴：用于定义旋转轴。可以用五种方法来指定旋转轴：I、J、K（坐标值），直线端点，两点，与曲线相切，球CSYS。图中的对话框可以指定旋转轴、旋转角度，前置角以及侧倾角。对话框中的选项可参考刀轴“相对于矢量”和“四轴垂直于工件”中的说明。（12）．在工件上的双4轴该种刀轴控制方法只能用于“Zig-Zag”（“Z”字形往复）切削方法，而且分别进行切削。该选项通过指定第四轴及其旋转角度、引导角度、倾斜角度来定义刀轴矢量。即分别在Zig方向与Zag方向，先使刀轴从零件几何表面法向，基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜引导角度与倾斜角度，然后投影到正确的第四轴运动平面，最后旋转一个旋转角度。在如图的对话框中可以分别指定Zig方向与Zag方向切削的旋转轴、旋转角度、引导角度以及倾斜角度。各参数可参考“相对于矢量”和“4轴垂直于工件”选项中的说明。（13）．垂直于驱动面在每一个接触点处创建垂直于驱动曲面的可变刀轴，刀轴是跟随驱动曲面而不是跟随工件几何表面的，所以能够产生更光顺的往复切削运动。（14）．相对于驱动面通过指定引导角度与倾斜角度，来定义相对于驱动曲面法向矢量的可变刀轴矢量。此种刀轴控制方法参数与“相对于工件”刀轴控制方法参数含义类似，只是用驱动曲面的法向代替零件几何表面的法向。（15）．侧刃驱动用驱动曲面的直纹线来定义刀轴矢量。这种类型的刀轴矢量可以使用刀具的侧刃加工驱动曲面，而加工零件几何表面时驱动曲面引导刀具侧刃，零件几何表面引导刀尖，如果没有选用锥度刀，则刀轴矢量平行于直文线；如果选用了锥度刀则刀轴矢量与直文线成一定角度，但与直文线共面。当选择了多个驱动曲面时，相邻曲面必须是边缘接边缘。选择了该选项，在图形窗口中显示定义直文线方向的4个箭头，它们是相对于第一个选择的驱动面而言的。可以选择一个方向矢量箭头作为刀轴矢量。注意选择的方向矢量箭头应该指向刀柄。（16）．4轴垂直于驱动曲面与“4轴垂直于工件”含义类似，只是用驱动曲面的法向代替了零件几何表面的法向。该选项是通过指定旋转轴（即第4轴）及其旋转角度来定义刀轴矢量，即刀轴先从驱动曲面法向旋转到旋转轴的法向平面，然后基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜一个旋转角度。（17）．4轴相对于驱动曲面该选项与4轴垂直于工件选项的含义类似，只是用驱动曲面的法向代替了零件几何表面的法向。通过指定第4轴及其旋转角度、引导角度与倾斜角度来定义刀轴矢量，即先使刀轴从驱动曲面法向，基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜引导角度与倾斜角度，然后投影到正确的第4轴运动平面，最后旋转一个旋转角度。（18）．双4轴相对于驱动曲面选项与“在工件上的双4轴”选项含义类似，只是驱动曲面的法向代替了零件几何表面的法向。通过指定第4轴及其旋转角度、引导角度和倾斜角度来定义刀轴矢量。即分别在Zig方向与Zag方向，使刀轴从驱动曲面法向，基于刀具运动方向朝前或朝后倾斜引导角度与倾斜角度，然后投影到正确的第4轴运动平面，最后旋转一个旋转角度。（19）．优化驱动对有不同曲面曲率的曲面加工时，优化驱动选项能自动控制刀轴，确保最理想的材料去除而不过切零件，用刀具的引导角度去匹配不同的曲面曲率。当加工凸起部分时，用小的引导角度去移除材料；当加工凹下部分时，提高引导角度防止刀具后根过切零件，也保持足够小的引导角度防止刀具前尖（20）．插补刀轴插补刀轴选项通过在指定的点定义矢量方向来控制刀轴。当驱动几何或零件非常复杂，又没有附加刀具轴控制几何体（如：点、线、矢量、光顺的驱动几何体等）时，会导致刀轴矢量过多的变化。插补刀轴可以进行有效的控制，而不需要构建额外的刀轴控制几何，也可以用来调整刀轴，以避免刀具悬空或避让障碍物。只有在变轴铣操作中选择曲线为点驱动方法或曲面驱动方法时，插补刀轴选项才可使用。可以从驱动几何体上去定义所需要的足够多矢量以保证光顺刀轴移动，刀具轴通过在驱动几何体上指定矢量进行插补，指定的矢量越多，对刀轴就有越多的控制。指定为：选项用于定义插补刀轴的矢量。数据点：用于对插补矢量进行编辑。插补方式中的“插补”：用于显示驱动点与插补矢量。插补方式中的“重新选择”：重新选择驱动点与插补矢量。