NX是面向制造行業的交互式CAD/CAE/CAM高端軟件，具有強大的實體造型、裝配、工程圖生成和數控加工等功能。作為一款非常優秀的CADCAM軟件，NX被越來越廣泛地應用于機械制造、航空航天、汽車、船舶和電子設計等領域。

　　一些具有復雜空間曲面的零件，在設計造型、數控編程與加工上都有相當的難度和復雜性，選擇CAD和CAM功能都非常強大且高度集成的NX軟件可實現方便、高效、高精度的數控加工。筆者以一個復雜曲面殼體零件的設計制造為例，介紹NX的CAD/CAM模塊在其中的應用過程和方法，旨在為其他同類零件的數控加工提供參考。

1 CAD建模分析

　　1.1 NX的建模功能與方法

　　所有數控加工都由CAD建模開始。NX建模所用的模塊是NX-MODELING。

　　NX-CAD的建模方法主要有實體建模、線框建模和自由曲面建模3種。選擇何種建模方法，要依加工對象的特點而定。

　　1.2 零件特點與建模方法的選擇

　　需要設計一個玩具汽車模型的外殼，采用鋁合金材料，在3軸立式數控銑床上試制完成，并與已有的遙控玩具汽車車芯裝配，形成能正常遙控行駛的1：24的玩具汽車模型。由于零件表面主要由曲面構成，內部又包含一些孔、槽結構特征，因此需綜合利用NX的曲面建模和實體建模技術進行設計造型。

　　實體建模主要包括顯式建模、參數化建模、基于約束建模和復合建模4種具體建模方法，其中復合建模法是顯式建模、參數化建模和基于約束建模3種建模技術的發展與選擇性組合。零件建模時，筆者選擇復合建模法。

　　1.3 零件的實際建模過程與技巧

　　在模型建立之前，首先確定零件的主要特征及建立特征的先后順序。根據零件的主要特征建立特征曲線，并通過適當的掃略、拉伸、橋接等操作建立零件的主要特征曲面。再利用一些曲面編輯工具，進行修剪、延伸、倒圓、鏡像、縫合等操作形成完整的曲面造型。該零件外表面設計時既要考慮曲面造型流暢、美觀，還應考慮其需適于3軸數控銑床加工，將曲面片體加厚成實體（殼體），厚度為1.8mm，再利用一些實體建模和編輯工具完成各細節特征和內表面結構特征的建模。

　　建模中，零件外表曲面的構建非常關鍵，重點和難點是保證曲面的光順性。先構造特征曲線，對曲線進行光順檢查，調整不光順的曲線或去掉其“壞點”，再利用“smooth”功能獲得光順的曲線。同樣，對生成的曲面也要進行光順檢驗，對光順性差的曲面，可運用NX的分析功能并結合實際經驗來修正曲面的生成曲線，以實現曲面光順。

2 CAM數控編程

　　2.1 數控銑編程流程

　　在NX中進行數控銑編程創建各操作的刀位軌跡，這項工作貫穿工藝設計和加工的整個過程。

　　2.2 工藝分析及加工工藝路線設計

　　該零件待加工的內腔與外表面都是不規則曲面，需對加工順序和裝夾方式進行仔細分析從而確定加工方案。根據零件總體外形特點，擬選用長方體鋁合金坯料(188mm×98mm×48mm)進行加工，因此首次加工時可用平口鉗裝夾毛坯。在加工順序方面，如果先加工外表面，則內腔加工時裝夾就很困難，并容易引起工件變形；反之，如先加工內腔，那么加工外表面時也無法使用平口鉗直接裝夾，但可通過設計制作一個輔助夾具來解決。如圖4(a)所示，夾具為兩層結構，下層是長方體基體，為加工中平口鉗夾持使用，其長寬高尺寸都通過分析計算確定；上層凸臺輪廓形狀根據零件設計，為使夾具與工件內腔配合裝配方便，并考慮承受切削力，其輪廓上有間隔的4段區域分別與工件內壁配合，形成被包容面與包容面的關系。輔助夾具與工件通過螺栓聯接。在NX的建模環境中，將夾具與零件一起設計，形成裝配模型。

　　由于零件外表面的各個側面都具有拔模斜度，不能在3軸立式數控銑床上按一個方位加工完成，因此必須按上表面、右側面、左側面、后面、前面5個方位進行5次裝夾完成加工，即多方位加工。

　　利用NX的CAM功能，按表1所列的每個加工部位創建一個程序組，針對其中每個獨立的加工內容創建相應的操作，對應生成一個刀具軌跡文件并最終轉換成NC程序用于數控機床加工。以零件上表面加工為例討論各步驟的實現方法。

　　2.3 加工環境初始化

　　進入NX制造模塊，在打開的對話框中選擇cam-general、null_contour并點擊初始化”按鈕，定義加工環境。

　　2.4 創建加工父級組

　　依次創建程序、刀具、幾何體父級組。方法父級組不予創建，采用系統默認設置。

　　2.4.1 創建程序組

　　創建名稱為“SHANGBIAOMIAN”的程序組，位于根目錄“NC_PROGRAM”下。

　　2.4.2 創建刀具組

　　創建上表面加工用到的D20平刀、D8 R0.5圓角刀、B6球刀和B2球刀，其中的前3把刀在前面的內腔加工中已經創建，無需重復創建。

　　2.4.3 創建幾何體組

　  首先選擇創建坐標系幾何體，名稱為“MCS_SHANG”。

　　選擇創建銑削幾何體，位置選擇“MCS_SHANG”，以繼承坐標系幾何體的安全設置，名稱為“WORKPIECE_SHANG”。

　　加工父級組創建后，就可在后續的各個操作創建中直接選用。

　　2.5 創建各操作

　　2.5.1上表面粗加工

　　創建操作子類型選CAVITY_MILL，程序、刀具、幾何體分別選擇之前創建的父組件，在打開的型腔銑對話框中指定切削區域為汽車上表面區域。

　　打開切削參數對話框，底面和側壁余量都設為0.5；打開非切削移動對話框，設置封閉區域進退刀都采用螺旋方式，開放區域都采用圓弧方式；再打開進給和速度對話框，設置主軸轉速為1600r/min，切削進給速度為320mm/min，進刀速度為120mm/min。其余設置采用默認值。設置完成后，點擊型腔銑對話框底部的刀軌生成按鈕，生成刀路軌跡，還可動態查看刀具切削過程及模擬結果以驗證刀軌的正確性，如有問題再返回修改參數，重新生成刀軌。

　　2.5.2 上表面半精加工

　　因開粗后留料仍較多且不均勻，需用等高輪廓銑ZLEVEL_PROFILE實現分層銑削。其操作創建過程與粗加工類似，在圖8所示的創建操作對話框中點擊相應按鈕，選MILL_SEMI_FINISH方法，刀具為Tl2_φ8R0.5圓角刀，全局每層切深0.3mm，切削層設置為“最優化”，底面和側壁均留余量0.2mm。設置主軸轉速為3000r/min，切削進給速度為500mm/min，進刀速度為200mm/min。其余設置同粗加工。

　　2.5.3 上表面精加工

　　用Tl3_φ6球刀，CONTOUR_AREA（相應按鈕）子類型，MILL_FINISH方法，對上表面進行曲面精加工。采用環繞等距加工方式，加工圖樣為“跟隨周邊”、“向外”、“順銑”、“恒定步距”為“0.2”mm、“應用在部件上”。進退刀都采用圓弧方式。設置主軸轉速為3600r/min，切削進給速度為420mm/min，進刀速度為180mm/min。

　　2.5.4 上表面清根加工

　　用CONTOUR AREA方式，T4_B2球刀，驅動方法選“清根”，以得到清晰的曲面輪廓。設置主軸轉速為4000r/min，切削進給速度為120mm/min。

　　零件其余各部位的CAM加工方法與上表面類似，幾個典型部位的坐標系及部分刀軌顯示如圖10所示。

　　2.6 后處理生成NC代碼

　　所有生成的刀軌需經過后處理才能生成被機床接受的NC代碼。由于不同的機床在物理結構和控制系統方面不同，對NC程序中指令和格式的要求也就不同，因此要針對不同的機床及數控系統定制不同的后處理程序。該零件加工是在配備FANUC系統的3軸立式數控銑床上進行。使用NX提供的后處理器開發工具NX/Post Builder，設置NC編碼所需的參數以及機床運動參數，如機床、程序、刀軌、數據格式、列表文件、輸出控制及文件預覽等，來創建適合該機床的后處理程序，然后在NX加工環境中選擇該后處理程序對各刀軌進行后處理，生成適應加工的NC代碼。

3 零件加工

　　由于零件形狀以及加工環境的復雜性，刀具軌跡的生成過程中一般不考慮機床的具體結構和工件的裝夾方式，因此不能確保生成的數控加工程序安全、正確地執行。為了檢驗刀軌和程序的正確性，防止加工過程中出現撞刀和過切等意外現象，在實際加工前采用專業數控加工仿真軟件VERICUT對所生成的程序進行了仿真加工檢驗。限于篇幅，此處不再詳述。

　　將生成的NC程序傳入數控銑床加工，加工完成的零件具有高的精度和表面質量，達到了預定的目標和要求。。

4 結論

　　利用NX軟件強大的三維CAD功能，既可方便地進行復雜曲面殼體零件的造型及結構設計，還可將加工需用的輔助夾具等與零件進行相關設計，使工藝設計變得靈活高效。在軟件的CAM模塊中，一方面通過引用曲面零件的三維整體造型，將干涉面、輔助面、刀具軌跡限制區域等一次全部設計完成，從而方便地生成正確的刀具軌跡；另一方面，通過合理的CAM編程與造型策略優化刀具軌跡，保證零件的加工質量，提高編程的效率和質量。