多轴加工编程技术与智能机床（张丽丽）

《多轴加工编程技术与智能机床》是国家级一流本科课程“数控机床与编程”的配套教材。本书以智能数控机床编程和具体使用为主线，介绍三轴和多轴零件的自动编程与加工方法。全书共7章，包含数控机床与编程概述、数控车床编程、UG NX编程基础、三轴零件UG编程及仿真加工、多轴零件UG编程及仿真加工、VERICUT仿真、柔性加工单元与智能机床。本书各章首设置了思维导图，便于读者直观地了解各章的构成；各章后配有习题，以使工程特色更加突出；部分章节配置了动画演示，读者可扫描二维码观看。本书强调工程应用，以强化基础能力建设推进科技创新为指引，在阐述基本知识的基础上介绍工程材料选用及工艺路线制动方法。本书还配套课件和习题答案，读者可扫码下载使用。本书可作为高等院校机械类专业师生的教材，同时也适合对多轴编程技术与智能机床感兴趣的工程技术人员参考。　

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第1章　数控机床与编程概述 1
1.1  数控机床的发展 2
1.2  数控加工概述 3
1.2.1  数控的定义 3
1.2.2  数控机床加工的特点 3
1.2.3  数控机床的应用范围 4
1.3  数控机床的组成和分类 4
1.3.1  数控机床的基本组成 4
1.3.2  数控机床的分类 6
1.3.3  常见的数控机床 8
1.4  数控机床位置检测装置 11
1.5  数控机床典型机械结构 11
1.5.1  主传动结构 11
1.5.2  进给传动结构 13
1.6  数控机床自动换刀装置 14
1.6.1  数控车床自动换刀装置 14
1.6.2  加工中心自动换刀装置 16
1.7  多轴机床的分类及选用 19
1.7.1  立式五轴加工中心 19
1.7.2  桥式五轴加工中心 20
1.7.3  龙门五轴加工中心 20
1.7.4  龙门车铣复合加工中心 21
1.8  数控加工人员的要求 21
本章小结 22
思考题 22
拓展阅读 22

第2章　数控车床编程 23
2.1  数控车床编程基础 24
2.1.1  数控车床工艺范围和特点 24
2.1.2  典型数控车床组成 25
2.2  数控车床坐标系和机床各点 29
2.3  数控加工程序基本规定 32
2.3.1  数控加工程序结构 32
2.3.2  加工程序指令字的格式 33
2.3.3  加工程序指令字的功能 33
2.4  零点偏置与对刀操作 37
2.5  基本编程指令 42
2.5.1  英制和公制输入G20、G21 42
2.5.2  快速定位指令G00 42
2.5.3  直线插补指令G01 43
2.5.4  圆弧插补指令G02、G03 45
2.5.5  暂停插补指令G04 48
2.6  轴向车削单一固定循环指令 48
2.7  复合循环指令 52
2.7.1  轴向粗车复合循环指令G71 52
2.7.2  精车循环G70 54
2.7.3  仿形粗车复合循环指令G73 58
2.8  螺纹加工指令 60
2.8.1  单行程螺纹切削G32 60
2.8.2  螺纹切削单一固定循环G92 62
2.9  数控车床编程综合实例 64
本章小结 66
思考题 66
习题 66

第3章　UG NX编程基础 69
3.1  概述 70
3.1.1  UG NX软件概述 70
3.1.2  软件启动 70
3.1.3  文件操作 71
3.1.4  工作界面 72
3.1.5  环境变量设置 72
3.2  UG编程基本流程 73
3.2.1  创建坐标系 73
3.2.2  创建刀具 75
3.2.3  创建工序 77
3.2.4  赋予切削参数 77
3.2.5  验证刀轨 80
3.3  平面铣加工 80
3.3.1  平面铣介绍 80
3.3.2  底壁铣 81
3.3.3  底壁铣加工实例 81
本章小结 87
思考题 87
习题 88

第4章　三轴零件UG编程及仿真加工 89
4.1  轮廓铣介绍 90
4.2  梅花凸台加工工艺 91
4.3  型腔铣粗加工编程（梅花形凸台） 91
4.3.1  模型文件处理 91
4.3.2  创建几何体 91
4.3.3  创建刀具 94
4.3.4  创建型腔铣参数设置 95
4.3.5  型腔铣切削参数详细设置 96
4.3.6  型腔铣非切削移动参数详细设置 99
4.4  底壁铣、深度轮廓铣精加工编程（梅花形凸台） 102
4.4.1  平面铣对梅花凸台底壁精加工 102
4.4.2  深度轮廓铣概述 106
4.4.3  深度轮廓铣对梅花凸台侧壁精加工 106
4.5  曲面型腔类零件编程 109
4.5.1  固定轮廓铣加工分类及加工对象 109
4.5.2  固定轮廓铣：引导曲线 110
4.5.3  固定轮廓铣：区域铣削 112
4.5.4  曲面型腔加工案例：爬面轮 112
4.5.5  固定轮廓铣（区域铣削）精铣底面 115
4.5.6  固定轮廓铣：引导曲线精加工爬面轮侧壁 116
4.6  孔类零件编程 118
4.6.1  孔加工的基本步骤 119
4.6.2  定心孔加工 119
4.6.3  钻孔加工 120
4.6.4  攻螺纹加工 121
本章小结 123
思考题 123
习题 123
拓展阅读 124

第5章　多轴零件UG编程及仿真加工 125
5.1  相关加工策略介绍 126
5.1.1  可变轮廓铣加工策略 126
5.1.2  外形轮廓铣加工策略 126
5.2  1 X中级件工艺分析 127
5.3  1 X中级件定轴编程 127
5.3.1  设置1 X中级件MCS坐标系 128
5.3.2  设置工件 128
5.3.3  创建刀具 130
5.3.4  创建程序文件夹 130
5.3.5  创建工序 130
5.4  1 X中级件定轴仿真加工 134
5.5  1 X中级件联动编程 134
5.5.1  上部S形凹槽联动编程 134
5.5.2  下部曲面凹槽联动编程 137
5.6  1 X中级件仿真加工 139
5.7  高跟鞋面的多轴编程与加工 139
5.7.1  刀轴控制之“远离点”和“朝向点” 139
5.7.2  刀轴控制之“远离直线”和“朝向直线” 140
5.7.3  高跟鞋面的多轴编程 141
5.8  机身结构件斜壁面的多轴编程 145
5.8.1  机身结构件加工工艺 145
5.8.2  机身结构件的斜壁面精加工多轴编程 146
5.8.3  可变引导曲线参数设置 147
5.9  益智球的内壁精加工 149
5.10  十字花零件的侧壁精加工 153
5.11  投影矢量和刀轴的区别 156
5.12  多轴数控机床基础操作 156
本章小结 159
思考题 160
习题 160
拓展阅读 161

第6章　VERICUT仿真 162
6.1  VERICUT软件概述 163
6.1.1  默认VERICUT用户界面的布局 163
6.1.2  项目树 163
6.1.3  用户界面视图 163
6.1.4  鼠标操作方法 164
6.1.5  视图设置 165
6.1.6  VERICUT仿真运行 166
6.2  螺纹轴零件车削仿真 166
6.2.1  VERICUT车削机床设置 166
6.2.2  机床手动控制 167
6.2.3  设置毛坯、装夹工件、刀具 167
6.2.4  设置工件零点 168
6.2.5  程序调入 169
6.2.6  仿真运行 169
6.2.7  工件尺寸测量 170
6.3  爬面叶轮铣削仿真 170
6.3.1  VERICUT铣削机床设置 171
6.3.2  设置夹具、毛坯、部件 171
6.3.3  设置工件编程坐标系 172
6.3.4  设置刀具 172
6.3.5  程序调用 172
6.3.6  仿真及碰撞检测 173
本章小结 174
思考题 174
习题 174
拓展阅读 175

第7章　柔性加工单元与智能机床 176
7.1  轮毂柔性产线布局及机床联机加工程序 177
7.1.1  轮毂加工工艺及产线设计 177
7.1.2  产线内辅助模块（机器人、视觉系统、AGV） 181
7.1.3  产线准备、运行以及维护 183
7.1.4  轮毂机床联机加工程序 184
7.2  轴承端盖柔性产线布局及机床联机加工程序 187
7.2.1  端盖加工工艺及产线设计 187
7.2.2  产线内辅助模块（机器人快换、夹具快换、工件类型检测） 192
7.2.3  产线准备、运行以及维护 195
7.2.4  端盖产线机床联机加工程序 196
7.3  柔性加工单元刀具寿命管理 198
7.3.1  MES系统中的刀具寿命功能 198
7.3.2  在刀具维护菜单中进行新刀具的设置 198
7.3.3  在通用物料菜单中进行毛坯设置 199
7.3.4  在工艺数据菜单中进行加工工艺设置 199
7.3.5  程序传输 200
7.3.6  机床侧刀具寿命设置 201
7.3.7  刀具寿命管理实例 202
本章小结 203
思考题 203
拓展阅读 203
  

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。而智能制造装备是实现智能制造的核心载体，它是具有感知、决策、执行功能的各类制造装备的统称，是先进制造技术、信息技术以及人工智能技术在制造装备上的集成和深度融合，是实现高效、高品质、节能环保和安全可靠生产的新一代制造装备。随着机械工业的发展和自动化程度的提高，多轴系统已成为现代生产中的重要组成部分，而新一代的具有刀具寿命监控和产线集成控制功能的智能化机床也应运而生。与智能加工单元结合，智能制造让数控加工更具有吸引力，智能制造也为机床金属加工提供了新的生命力。本书遵循高等教育人才培养目标及培养规格的要求，适应应用型人才培养模式，理实一体，学用结合，追求实效，旨在为读者提供关于多轴编程技术及智能机床的详尽介绍和实用指导。
本书为国家级一流本科课程“数控机床与编程”的配套教材。该课程是机械设计制造及其自动化专业学生进入专业课培养阶段的一门重要的必修课、核心课程，是一门必不可少的专业技术课，在人才培养中占有重要地位。其实践性非常强，主要任务是培养学生数控编程和数控加工的能力，培养实践动手能力和创新能力。
本书由沈阳工学院张丽丽教授、赵科学副教授、陶林副教授、郑智副教授以及宋飞、陈宝欣老师编写。通过本教材的学习，学生可掌握数控机床编程的基本概念，能够完成中等难度轴类零件的车削编程与加工，能使用UG软件完成三轴和多轴零件的自动编程与加工，为日后的学习和工作打下坚实基础。本书还提供了一些思考题和习题，帮助读者巩固所学知识并拓展思路。同时，我们也鼓励读者积极参与实际项目和实验，将所学的多轴编程技术应用到智能机床的开发和应用中，进一步提升自己的能力和经验。
本书共7章：第1章介绍了数控机床与编程概述，包括数控机床的基本功能、典型机械结构；第2章主要介绍数控车床编程，讲解了数控车床的基本编程指令；第3章介绍了典型UG12.0的基本操作界面以及平面铣加工流程；第4章从三轴零件数控铣床（加工中心）程序设计引出三轴零件UG编程及仿真加工，并讲解典型零件的程序设计方法；第5章主要介绍多轴零件UG编程及仿真加工，包括五轴典型零件的工艺特点、五轴机床典型零件的编程方法；第6章主要介绍车床、加工中心、四轴机床、五轴机床的VERICUT仿真方法，包括刀具设置、夹具设置、程序仿真、碰撞检测、模型比较等；第7章从数字化工厂引入基于柔性加工单元的智能机床联机编程，主要介绍了轮毂柔性产线和轴承端盖柔性产线的基本结构、基于柔性自动线的智能化机床的联机工艺及编程方法、基于自动线的刀具智能化监控方法。
本书配套数字资源，包含全书的模型文件（UG刀路文件、VERICUT仿真文件）、供教学使用的课件、习题参考答案，免费提供给选用本书作为教材的授课教师和学生。具体获取方式，请参见本书封底的说明。
无论您是学生、工程师还是对多轴编程技术与智能机床感兴趣的读者，希望本书能够成为您的良师益友，帮助您掌握多轴编程技术在智能机床中的实际应用，为您的工作和学习提供有力的支持。祝您阅读愉快，收获丰富！

编著者       
2023年12月