第4章 UG NX 5.0数控编程加工基础知识
内容提要
操作导航器的应用
数控加工刀具的类型及用途
加工坐标系的建立
在UG NX 5.0 CAM功能中，【操作导航器】是UG NX 5.0最常用到的界面工具，用户在【操作导航器】中可以切换几何视图、加工方法视图、机床视图等界面，以便进行操作。刀具的选择是数控加工的关键，根据工艺和工件的特点选择正确的刀具是正确加工的前提条件。加工坐标系是数控加工的起点，也是数控加工的基准。读者通过本章学习，可熟练掌握数控加工的基础知识，对后面的学习和今后的实践有着重要的作用。
4.1 操作导航器
打开随书光盘\c4\model.4.1.prt操作文件，在UG NX 5.0主界面的左侧，单击【操作导航器】按钮，系统切换至如图4-1所示的界面。用户可以通过拖动边界扩大界面显示范围。
图4-1 操作导航器
【操作导航器】是一个树形图形化的用户界面（GUI），允许用户在其中管理对当前加工工件的操作及操作参数。您在【操作导航器】中可以进行交互式的编程操作，比如编辑、切削等操作。
如果在【操作导航器】的空白处，单击右键，系统将弹出快捷菜单，通过此菜单您可以方便地在程序顺序视图、机床视图、几何视图和加工方法视图等界面切换。
4.1.1 【操作导航器】的设置
在【操作导航器】空白处单击右键，系统将弹出快捷菜单，请单击【属性】按钮，这时系统会弹出【操作导航器属性】对话框使您能够对【操作导航器】的外观进行修改。单击【常规】按钮，系统切换至【常规】选项卡，如图4-2所示。在该选项卡上，用户可以方便地更改“换刀”、“高亮显示”和“抑制的轨迹”的颜色，还可以勾选“切换视图以便匹配创建”和“压缩刀具视图”两个选项，为用户根据自己的习惯和需要修改操作界面提供帮助。
图4-2 【常规】选项卡
单击【列】按钮，系统切换至【列】选项卡，如图4-3所示，在该选项卡中通过单击勾选框的方法，可以设置几何视图、机床视图、加工方法视图和程序顺序视图的显示内容。
图4-3 【列】选项卡
4.1.2 【操作导航器】的应用
对于【操作导航器】的应用主要是使用操作导航器的四个视图，分别是程序顺序视图、几何视图、机床视图和加工方法视图。各个视图的图标、显示信息及功能如表4-1所示。
表4-1 操作导航器的视图功能
在【操作导航器】的空白处单击右键，在弹出的快捷菜单中单击【程序顺序】视图按钮，系统切换至【程序顺序】视图环境，如图4-4所示。该视图按产生刀轨的执行顺序列出当前零件的所有操作，并显示了每个工序操作所属的程序组和机床上的加工顺序。
图4-4 【程序顺序】视图
在图4-4中，我们可以看到，根节点“NC_PROGRAM”下包括了两个程序组节点及“不使用的项”和“PROGRAM”项。根节点“NC_PROGRAM”是系统给定的节点，用户不能改变；而“不使用的项”也是系统给定的节点，用于容纳一些暂时不用的操作，用户也不可以改变；只有“PROGRAM”是系统创建的节点，允许用户对其操作。
在【程序顺序】视图中，“NC_PROGRAM”与后面的“不使用的项”和“PROGRAM”构成父子程序关系，其中，“NC_PROGRAM”是父程序，其他两个是子程序。而“PROGRAM”又与“CAVITY_MILL”、“CAVITY_MILL_COPY”和“FIXED_CONTOUR”构成父子程序关系，即“PROGRAM”是父程序，而其他的是它的子程序。
由此可见，程序组在【操作导航器】中是以树状结构按层次排列的，根据相对位置的不同，它们构成了一种父子关系。父组的参数可以传递给子组，而子组的参数还可以传递给自己的子组，这就是所谓的父子组继承关系。UG的这种设计可以帮助用户省去很多重复性的工作，提高了效率。
UG NX 5.0为用户提供了三种状态标志符，标记各个操作或程序节点所处的状态，用户可以根据状态标记符所提供信息，决策如何进行下面的操作步骤。状态标记如表4-2所示。
表4-2 状态标记
4.2 数控铣削刀具
在数控加工中，刀具是影响加工精度、加工表面质量和加工效率的决定性因素之一。因此，选择合适的刀具形状、规格和刀具的材料，以及使用合理的切削参数可以使数控加工以最低的加工成本和最短的加工时间，达到最佳的加工效果。由此可见，用户在使用数控机床时，应该充分考虑刀具的各个要素，发挥刀具及刀柄等元素的最大性能。
4.2.1 刀具参数
数控刀具的分类有多种方法，其选用原则在第3章已有描述。
刀具参数设置是指用户根据加工零件型面、工件材料和加工工艺的要求对该工序中的刀具进行一些参数性的设置，最终保证零件加工的要求。
1.加工模板的子类型对应各种刀具类型
为了满足不同的加工模板的需要，UG NX 5.0 CAM为用户提供了多种刀具种类及其各自的参数。用户在UG主界面工具条上单击【创建刀具】按钮
，系统弹出如图4-5所示的【创建刀具】对话框。在该对话框的【类型】下拉列表框中选择不同的子类型，则对话框中所显示的刀具会随之变化。表4-3中列出了常见加工模板的刀具类型及其解释。
表4-3 常见加工模板的刀具类型及其解释
2.刀具基本参数的设置操作
在如图4-5所示的【创建刀具】对话框中，单击【确定】按钮，系统弹出【Milling Tool-5 Parameters】对话框，如图4-6所示。
图4-5 【创建刀具】对话框
图4-6 【刀具】选项卡
在该对话框中，用户可以修改刀具的尺寸，选择刀具的材料，添加刀具的描述，修改刀具的数字、偏置、信息的目录号、库号等。其中我们通常需要修改的是【尺寸】栏，对于此栏中的各项参数介绍如下：
● 直径：刀具切削部分的直径值。
● 底圆角半径：刀具切削底部的圆角半径值。
● 长度：刀具有效夹持部分的长度。
● 拔锥角：刀具的拔锥角。
● 顶角：刀具的顶角。
● 刃口长度：刀具有排屑槽部分的长度值。
● 刀刃：刀具的排屑槽数量。
4.2.2 刀柄
在遇到零件深腔加工时需要考虑对刀柄及其下部夹头尺寸的设置。因此刀柄参数决定了刀柄尺寸的大小。如果刀柄尺寸不合适就有可能在加工过程中与零件或夹具发生碰撞。设置了刀柄参数后，就可以在进行刀轨检查时对刀柄是否会与零件或夹具碰撞做出准确的判断。如果发生碰撞，系统将不会生成这部分刀轨，从而及时发现问题。
在图4-6中，单击【夹持器】选项卡，切换至【夹持器】选项卡页面，如图4-7所示。【夹持器】选项卡中包括了以下几个参数。
图4-7 【夹持器】选项卡
● 直径：刀柄夹持部分的下端直径值。
● 长度：刀柄夹持部分的长度值。
● 拔锥角：刀柄夹持部分的圆锥角度值。
● 角半径：刀柄夹持部分的底圆半径值。
● 描述：刀柄的主要特征，比如“BT40”、“BT50”等。
● 偏置：刀柄夹持部分的轴向留出的安全距离。
4.3 机床和工件体的坐标系
4.3.1 机床坐标系的参数设置
机床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，也是考察刀具在机床上运动的基准坐标系。机床坐标系总是假定刀具相对于静止的工件运动，而不考虑具体机床的运动特性。同时，运动的正方向是增大刀具和工件之间距离的方向。机床坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。
机床坐标系的原点也就是机床的原点或零点，其位置由生产厂家出厂前调整好。机床零点作为数控机床各个工作台（工件）运动的参考点，在一般的数控车床中，原点是卡盘端面与主轴轴线的交点，而对于一般的数控铣床或加工中心，原点位于运动部件X、Y、Z三根坐标轴反方向运动的极限位置的交点，以及在此状态下工作台的左前角。
4.3.2 工件的坐标系设置
工件坐标系又称为编程坐标系。设置此坐标系的目的就是为了编程时可以减少换算，这在手工编程时尤为重要。
工件坐标系的原点，必须结合工艺尽可能选择在工件的设计基准或工艺基准上，工件坐标系的坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。在数控车床中，原点一般设置在工件的右端面与主轴轴线的交点上；而在数控铣床上，Z轴原点一般设置在工件的上表面，而对于非对称工件X、Y原点一般设置在工件的左前角，而对称工件一般设置在工件对称轴的交点上。
4.4 本章小结
本章介绍了UG NX 5.0 CAM功能的通用加工知识，即操作导航器、刀具和坐标系，包括操作导航器的设置、刀具的种类和参数设置，以及工件坐标系和机床坐标系的设置。
4.5 思考与练习
思考题
（1）UG NX 5.0系统提供了几种刀具类型，其意义是什么？
（2）机床坐标系和工件坐标系有何区别？