多軸加工編程技術與智能機床（簡體書）

《多軸加工編程技術與智能機床》是國家級一流本科課程“數控機床與編程”的配套教材。本書以智能數控機床編程和具體使用為主線，介紹三軸和多軸零件的自動編程與加工方法。全書共7章，包含數控機床與編程概述、數控車床編程、UG NX編程基礎、三軸零件UG編程及仿真加工、多軸零件UG編程及仿真加工、VERICUT仿真、柔性加工單元與智能機床。本書各章首設置了思維導圖，便於讀者直觀地了解各章的構成；各章後配有習題，以使工程特色更加突出；部分章節配置了動畫演示，讀者可掃描二維碼觀看。本書強調工程應用，以強化基礎能力建設推進科技創新為指引，在闡述基本知識的基礎上介紹工程材料選用及工藝路線制動方法。本書還配套課件和習題答案，讀者可掃碼下載使用。本書可作為高等院校機械類專業師生的教材，同時也適合對多軸編程技術與智能機床感興趣的工程技術人員參考。　

製造業是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。而智能製造裝備是實現智能製造的核心載體，它是具有感知、決策、執行功能的各類製造裝備的統稱，是先進製造技術、信息技術以及人工智能技術在製造裝備上的集成和深度融合，是實現高效、高質量、節能環保和安全可靠生產的新一代製造裝備。隨著機械工業的發展和自動化程度的提高，多軸系統已成為現代生產中的重要組成部分，而新一代的具有刀具壽命監控和產線集成控制功能的智能化機床也應運而生。與智能加工單元結合，智能製造讓數控加工更具有吸引力，智能製造也為機床金屬加工提供了新的生命力。本書遵循高等教育人才培養目標及培養規格的要求，適應應用型人才培養模式，理實一體，學用結合，追求實效，旨在為讀者提供關於多軸編程技術及智能機床的詳盡介紹和實用指導。
本書為國家級一流本科課程“數控機床與編程”的配套教材。該課程是機械設計製造及其自動化專業學生進入專業課培養階段的一門重要的必修課、核心課程，是一門必不可少的專業技術課，在人才培養中占有重要地位。其實踐性非常強，主要任務是培養學生數控編程和數控加工的能力，培養實踐動手能力和創新能力。
本書由沈陽工學院張麗麗教授、趙科學副教授、陶林副教授、鄭智副教授以及宋飛、陳寶欣老師編寫。通過本教材的學習，學生可掌握數控機床編程的基本概念，能夠完成中等難度軸類零件的車削編程與加工，能使用UG軟件完成三軸和多軸零件的自動編程與加工，為日後的學習和工作打下堅實基礎。本書還提供了一些思考題和習題，幫助讀者鞏固所學知識並拓展思路。同時，我們也鼓勵讀者積極參與實際項目和實驗，將所學的多軸編程技術應用到智能機床的開發和應用中，進一步提升自己的能力和經驗。
本書共7章：第1章介紹了數控機床與編程概述，包括數控機床的基本功能、典型機械結構；第2章主要介紹數控車床編程，講解了數控車床的基本編程指令；第3章介紹了典型UG12.0的基本操作界面以及平面銑加工流程；第4章從三軸零件數控銑床（加工中心）程序設計引出三軸零件UG編程及仿真加工，並講解典型零件的程序設計方法；第5章主要介紹多軸零件UG編程及仿真加工，包括五軸典型零件的工藝特點、五軸機床典型零件的編程方法；第6章主要介紹車床、加工中心、四軸機床、五軸機床的VERICUT仿真方法，包括刀具設置、夾具設置、程序仿真、碰撞檢測、模型比較等；第7章從數字化工廠引入基於柔性加工單元的智能機床聯機編程，主要介紹了輪轂柔性產線和軸承端蓋柔性產線的基本結構、基於柔性自動線的智能化機床的聯機工藝及編程方法、基於自動線的刀具智能化監控方法。
本書配套數字資源，包含全書的模型文件（UG刀路文件、VERICUT仿真文件）、供教學使用的課件、習題參考答案，免費提供給選用本書作為教材的授課教師和學生。具體獲取方式，請參見本書封底的說明。
無論您是學生、工程師還是對多軸編程技術與智能機床感興趣的讀者，希望本書能夠成為您的良師益友，幫助您掌握多軸編程技術在智能機床中的實際應用，為您的工作和學習提供有力的支持。祝您閱讀愉快，收獲豐富！

編著者
2023年12月

第1章　數控機床與編程概述 1
1.1 數控機床的發展 2
1.2 數控加工概述 3
1.2.1 數控的定義 3
1.2.2 數控機床加工的特點 3
1.2.3 數控機床的應用範圍 4
1.3 數控機床的組成和分類 4
1.3.1 數控機床的基本組成 4
1.3.2 數控機床的分類 6
1.3.3 常見的數控機床 8
1.4 數控機床位置檢測裝置 11
1.5 數控機床典型機械結構 11
1.5.1 主傳動結構 11
1.5.2 進給傳動結構 13
1.6 數控機床自動換刀裝置 14
1.6.1 數控車床自動換刀裝置 14
1.6.2 加工中心自動換刀裝置 16
1.7 多軸機床的分類及選用 19
1.7.1 立式五軸加工中心 19
1.7.2 橋式五軸加工中心 20
1.7.3 龍門五軸加工中心 20
1.7.4 龍門車銑復合加工中心 21
1.8 數控加工人員的要求 21
本章小結 22
思考題 22
拓展閱讀 22

第2章　數控車床編程 23
2.1 數控車床編程基礎 24
2.1.1 數控車床工藝範圍和特點 24
2.1.2 典型數控車床組成 25
2.2 數控車床坐標系和機床各點 29
2.3 數控加工程序基本規定 32
2.3.1 數控加工程序結構 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 零點偏置與對刀操作 37
2.5 基本編程指令 42
2.5.1 英制和公制輸入G20、G21 42
2.5.2 快速定位指令G00 42
2.5.3 直線插補指令G01 43
2.5.4 圓弧插補指令G02、G03 45
2.5.5 暫停插補指令G04 48
2.6 軸向車削單一固定循環指令 48
2.7 復合循環指令 52
2.7.1 軸向粗車復合循環指令G71 52
2.7.2 精車循環G70 54
2.7.3 仿形粗車復合循環指令G73 58
2.8 螺紋加工指令 60
2.8.1 單行程螺紋切削G32 60
2.8.2 螺紋切削單一固定循環G92 62
2.9 數控車床編程綜合實例 64
本章小結 66
思考題 66
習題 66

第3章　UG NX編程基礎 69
3.1 概述 70
3.1.1 UG NX軟件概述 70
3.1.2 軟件啟動 70
3.1.3 文件操作 71
3.1.4 工作界面 72
3.1.5 環境變量設置 72
3.2 UG編程基本流程 73
3.2.1 創建坐標系 73
3.2.2 創建刀具 75
3.2.3 創建工序 77
3.2.4 賦予切削參數 77
3.2.5 驗證刀軌 80
3.3 平面銑加工 80
3.3.1 平面銑介紹 80
3.3.2 底壁銑 81
3.3.3 底壁銑加工實例 81
本章小結 87
思考題 87
習題 88

第4章　三軸零件UG編程及仿真加工 89
4.1 輪廓銑介紹 90
4.2 梅花凸臺加工工藝 91
4.3 型腔銑粗加工編程（梅花形凸臺） 91
4.3.1 模型文件處理 91
4.3.2 創建幾何體 91
4.3.3 創建刀具 94
4.3.4 創建型腔銑參數設置 95
4.3.5 型腔銑切削參數詳細設置 96
4.3.6 型腔銑非切削移動參數詳細設置 99
4.4 底壁銑、深度輪廓銑精加工編程（梅花形凸臺） 102
4.4.1 平面銑對梅花凸臺底壁精加工 102
4.4.2 深度輪廓銑概述 106
4.4.3 深度輪廓銑對梅花凸臺側壁精加工 106
4.5 曲面型腔類零件編程 109
4.5.1 固定輪廓銑加工分類及加工物件 109
4.5.2 固定輪廓銑：引導曲線 110
4.5.3 固定輪廓銑：區域銑削 112
4.5.4 曲面型腔加工案例：爬面輪 112
4.5.5 固定輪廓銑（區域銑削）精銑底面 115
4.5.6 固定輪廓銑：引導曲線精加工爬面輪側壁 116
4.6 孔類零件編程 118
4.6.1 孔加工的基本步驟 119
4.6.2 定心孔加工 119
4.6.3 鉆孔加工 120
4.6.4 攻螺紋加工 121
本章小結 123
思考題 123
習題 123
拓展閱讀 124

第5章　多軸零件UG編程及仿真加工 125
5.1 相關加工策略介紹 126
5.1.1 可變輪廓銑加工策略 126
5.1.2 外形輪廓銑加工策略 126
5.2 1 X中級件工藝分析 127
5.3 1 X中級件定軸編程 127
5.3.1 設置1 X中級件MCS坐標系 128
5.3.2 設置工件 128
5.3.3 創建刀具 130
5.3.4 創建程序文件夾 130
5.3.5 創建工序 130
5.4 1 X中級件定軸仿真加工 134
5.5 1 X中級件聯動編程 134
5.5.1 上部S形凹槽聯動編程 134
5.5.2 下部曲面凹槽聯動編程 137
5.6 1 X中級件仿真加工 139
5.7 高跟鞋面的多軸編程與加工 139
5.7.1 刀軸控制之“遠離點”和“朝向點” 139
5.7.2 刀軸控制之“遠離直線”和“朝向直線” 140
5.7.3 高跟鞋面的多軸編程 141
5.8 機身結構件斜壁面的多軸編程 145
5.8.1 機身結構件加工工藝 145
5.8.2 機身結構件的斜壁面精加工多軸編程 146
5.8.3 可變引導曲線參數設置 147
5.9 益智球的內壁精加工 149
5.10 十字花零件的側壁精加工 153
5.11 投影矢量和刀軸的區別 156
5.12 多軸數控機床基礎操作 156
本章小結 159
思考題 160
習題 160
拓展閱讀 161

第6章　VERICUT仿真 162
6.1 VERICUT軟件概述 163
6.1.1 默認VERICUT用戶界面的布局 163
6.1.2 項目樹 163
6.1.3 用戶界面視圖 163
6.1.4 鼠標操作方法 164
6.1.5 視圖設置 165
6.1.6 VERICUT仿真運行 166
6.2 螺紋軸零件車削仿真 166
6.2.1 VERICUT車削機床設置 166
6.2.2 機床手動控制 167
6.2.3 設置毛坯、裝夾工件、刀具 167
6.2.4 設置工件零點 168
6.2.5 程序調入 169
6.2.6 仿真運行 169
6.2.7 工件尺寸測量 170
6.3 爬面葉輪銑削仿真 170
6.3.1 VERICUT銑削機床設置 171
6.3.2 設置夾具、毛坯、部件 171
6.3.3 設置工件編程坐標系 172
6.3.4 設置刀具 172
6.3.5 程序調用 172
6.3.6 仿真及碰撞檢測 173
本章小結 174
思考題 174
習題 174
拓展閱讀 175

第7章　柔性加工單元與智能機床 176
7.1 輪轂柔性產線布局及機床聯機加工程序 177
7.1.1 輪轂加工工藝及產線設計 177
7.1.2 產線內輔助模塊（機器人、視覺系統、AGV） 181
7.1.3 產線準備、運行以及維護 183
7.1.4 輪轂機床聯機加工程序 184
7.2 軸承端蓋柔性產線布局及機床聯機加工程序 187
7.2.1 端蓋加工工藝及產線設計 187
7.2.2 產線內輔助模塊（機器人快換、夾具快換、工件類型檢測） 192
7.2.3 產線準備、運行以及維護 195
7.2.4 端蓋產線機床聯機加工程序 196
7.3 柔性加工單元刀具壽命管理 198
7.3.1 MES系統中的刀具壽命功能 198
7.3.2 在刀具維護菜單中進行新刀具的設置 198
7.3.3 在通用物料菜單中進行毛坯設置 199
7.3.4 在工藝數據菜單中進行加工工藝設置 199
7.3.5 程序傳輸 200
7.3.6 機床側刀具壽命設置 201
7.3.7 刀具壽命管理實例 202
本章小結 203
思考題 203
拓展閱讀 203