什么是CNC？什么是電腦鑼？學(xué)CNC主要學(xué)什么？

　　1.1 本章知識(shí)要點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法

　　本章以初學(xué)者學(xué)習(xí)UG數(shù)控編程時(shí)普遍關(guān)心的問題為線索，回答了以下問題：

　　qCNC的基本概念。

　　q數(shù)控程序代碼的含義。

　　q數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。

　　q模房編程師的編程過程及塑膠模具制造流程。

　　q對初學(xué)者的忠告。

　　本章是基礎(chǔ)，內(nèi)容多且繁雜，初學(xué)者開始學(xué)習(xí)不必完全弄懂。了解主要內(nèi)容后，緊接著學(xué)其他后續(xù)內(nèi)容，日后有空，再讀本章，可以加深理解。

　　1.2 數(shù)控加工基本知識(shí)

　　1.2.1 CNC的基本含義

　　小疑問 什么是CNC？什么是電腦鑼？學(xué)CNC主要學(xué)什么？

　　CNC是英文Computer Numberical Control的縮寫，意思是“計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)控制”，簡單地說就是“數(shù)控加工”，在珠江三角洲地區(qū)，人們稱為“電腦鑼”。

　　數(shù)控加工是當(dāng)今機(jī)械制造中的先進(jìn)加工技術(shù)，是一種具有高效率、高精度與高柔性特點(diǎn)的自動(dòng)化加工方法。它是將要加工工件的數(shù)控程序輸入給機(jī)床，機(jī)床在這些數(shù)據(jù)的控制下自動(dòng)加工出符合人們意愿的工件，以制造出美妙的產(chǎn)品，這樣就可以把藝術(shù)家的想象變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的商品。數(shù)控加工技術(shù)可有效解決像模具這樣復(fù)雜、精密、小批多變的加工問題，充分適應(yīng)了現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。大力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)已成為我國加速發(fā)展經(jīng)濟(jì)、提高自主創(chuàng)新能力的重要途徑。目前我國數(shù)控機(jī)床使用越來越普遍，能熟練掌握數(shù)控機(jī)床編程，是充分發(fā)揮其功能的重要途徑。社會(huì)上急需一大批這樣的人才。因此學(xué)好這門技術(shù)大有用武之地。

　　本書就是幫助讀者學(xué)習(xí)使用自動(dòng)化的編程軟件UG來編制數(shù)控程序。

　　本書采用UG NX6中文版編寫，同時(shí)對NX7新版本在數(shù)控編程中的改進(jìn)功能進(jìn)行介紹。

　　通過對學(xué)員在學(xué)習(xí)UG數(shù)控編程中普遍關(guān)心的問題為線索進(jìn)行解答，講解數(shù)控加工的原理、UG軟件特點(diǎn)以及模房編程師的實(shí)際編程過程。通過案例分析及講解，幫助讀者掌握重點(diǎn)，有效攻克技術(shù)難點(diǎn)，盡快適應(yīng)工作崗位。

　　1.2.2 CNC機(jī)床的工作原理

　　小疑問 數(shù)控加工機(jī)床如何工作？CNC如何加工模具？

　　一般來說，數(shù)控機(jī)床由機(jī)床本體、數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，是臺(tái)專用計(jì)算機(jī)）、驅(qū)動(dòng)裝置及輔助裝置等部分組成。而數(shù)控系統(tǒng)的基本功能有輸入功能、插補(bǔ)功能及伺服控制等。它的工作過程是：通過輸入功能接收到數(shù)控程序后結(jié)合操作員已經(jīng)在面板上設(shè)定的對刀參數(shù)、控制參數(shù)和補(bǔ)償參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，并進(jìn)行邏輯運(yùn)算，轉(zhuǎn)化為一系列邏輯電信號，從而發(fā)出相應(yīng)的指令脈沖來控制機(jī)床的驅(qū)動(dòng)裝置，使機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)，操作機(jī)床實(shí)現(xiàn)預(yù)期的加工功能。

　　模具設(shè)計(jì)師根據(jù)客戶產(chǎn)品圖，設(shè)計(jì)出3D模具（也叫分模）后，就需要對模具圖檔進(jìn)行數(shù)控編程。確定加工刀具大小、切削走刀方式后，用UG即可編出數(shù)控程序。這個(gè)數(shù)控程序是個(gè)文本文件，里面是機(jī)床能識(shí)別的代碼。機(jī)床操作員收到程序單及數(shù)控程序后，就要按要求在數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)上裝夾工件，在主軸上裝上刀具，按要求對刀，在機(jī)床面板中設(shè)定對刀參數(shù)，根據(jù)機(jī)床的具體情況修改個(gè)別指令后就通過網(wǎng)絡(luò)DNC把數(shù)控程序傳給機(jī)床。機(jī)床上的刀具在這些數(shù)控指令的控制下進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)，其他冷卻系統(tǒng)同步工作，這樣一條接著一條的程序都執(zhí)行完，模具就加工出來了。

　　1.2.3 CNC加工工藝的特點(diǎn)

　　小疑問 CNC數(shù)控加工工藝有何獨(dú)特之處？

　　CNC數(shù)控加工工藝是機(jī)械加工的一種，也遵守機(jī)械加工切削規(guī)律，與普通機(jī)床的加工工藝大體相同。由于它是把計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械加工之中的一種自動(dòng)化加工，因而具有加工效率高、精度高等特點(diǎn)，加工工藝有其獨(dú)特之處，工序較為復(fù)雜，工步安排較為詳盡周密。

　　CNC數(shù)控加工工藝包括刀具的選擇、切削參數(shù)的確定及走刀工藝路線的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。CNC數(shù)控加工工藝是數(shù)控編程的基礎(chǔ)及核心，只有工藝合理，才能編出高效率和高質(zhì)量的數(shù)控程序。衡量數(shù)控程序好壞的標(biāo)準(zhǔn)是：最少的加工時(shí)間、最小的刀具損耗及加工出最佳效果的工件。

　　數(shù)控加工工序是工件整體加工工藝的一部分，甚至是一道工序。它要與其他前后工序相互配合，才能最終滿足整體機(jī)器或模具的裝配要求，這樣才能加工出合格的零件。

　　數(shù)控加工工序一般分為粗加工、中粗清角加工、半精加工及精加工等工步。

　　粗加工要盡量選用較大的刀，在機(jī)床功率或刀具能承受的范圍內(nèi)盡可能用較大切削量快速地切除大量的工件材料。為了防止粗加工時(shí)的切削振動(dòng)使工件松動(dòng)，在開粗后應(yīng)該及時(shí)校表檢查，必要時(shí)重新對刀。可以在開粗后進(jìn)行基準(zhǔn)面的精加工光刀，為以后校表檢查做好準(zhǔn)備。對于具有復(fù)雜型腔的工件，由于開粗用了較大刀具，使得角落處殘存大量的余量，必須用比粗加工時(shí)較小的刀具進(jìn)行二次開粗或清角。加工面積比較大的情況下，為了減少刀具損耗可以進(jìn)行半精加工。以上各步為了防止過切都必須留足夠多的余量，最后進(jìn)行精加工工序。一般情況下，盡量在機(jī)床上檢驗(yàn)，合格后才拆下，再準(zhǔn)備下一件加工。

　　1.2.4 CNC刀具的選擇和選購

　　小疑問 CNC常用刀具有哪些？如何選擇刀具？

　　1．CNC刀具種類

　　常用的數(shù)控銑刀具按形狀分為平底刀、圓鼻刀和球刀3種。

　?。?）平底刀

　　平底刀也叫平刀或端銑刀，周圍有主切削刃，底部為副切削刃。可以用于開粗及清角、精加工側(cè)平面及水平面。常用的有ED20、ED19.05（3/4英寸）、ED16、ED15.875（5/8英寸）、ED12、ED10、ED8、ED6、ED4、ED3、ED2、ED1.5、ED1、ED0.8及ED0.5等。E是End Mill的第一個(gè)字母；D表示切削刃直徑。

　　一般情況下，開粗時(shí)盡量選較大直徑的刀，裝刀時(shí)盡可能短，以保證有足夠的剛度，避免彈刀。在選擇小刀時(shí)，要結(jié)合被加工區(qū)域，確定最短的刀鋒長及直身部分長，選擇本公司現(xiàn)有的最合適的刀。

　　如果側(cè)面帶斜度叫斜度刀，可以精加工斜面。

　?。?）圓鼻刀

　　圓鼻刀也叫平底R(shí)刀，可用于開粗、平面光刀和曲面外形光刀。一般角半徑為R0.1～R8。一般有整體式和鑲刀粒式的刀把刀。鑲刀粒的圓鼻刀也叫“飛刀”，主要用于大面積的開粗及水平面光刀。常用的有ED30R5、ED25R5、ED16R0.8、ED12R0.8及ED12R0.4等。飛刀開粗加工盡量選大刀，加工較深區(qū)域時(shí)，裝刀長度先裝短加工較淺區(qū)域，再裝長加工較深區(qū)域，以提高效率且不過切。

　?。?）球刀

　　球刀也叫R刀，主要用于曲面中光刀及光刀。常用的球刀有BD16R8、BD12R6、BD10R5、BD8R4、BD6R3、BD5R2.5（常用于加工流道）、BD4R2、BD3R1.5、BD2R1、BD1.5R0.75及BD1R0.5。B是Ball Mill的第一個(gè)字母。

　　一般情況下，要通過測量被加工圖形的內(nèi)圓半徑來確定精加工所用的刀具，盡量選大刀光刀、小刀補(bǔ)刀加工。

　　2．刀具材料

　　在金屬切削加工中，刀具材料也就是切削部分，要承受很大的切削力和沖擊，并受到工件及切屑的劇烈摩擦，產(chǎn)生很高的切削溫度。其切削性能必須要有以下方面。

　　（1）高的硬度：HRC62以上，至少要高于被加工材料的硬度。

　?。?）高的耐磨性：通常情況下，材料越硬、組織中碳物越多、顆粒越細(xì)、分布越均勻，其耐磨性就越高。

　　（3）足夠的強(qiáng)度與韌性。

　?。?）高的耐熱性。

　?。?）良好的導(dǎo)熱性。

　?。?）良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。

　　為了滿足以上要求，現(xiàn)在的數(shù)控刀具一般由以下材料制成：

　　（1）高速鋼，如WMoAl系列。

　?。?）硬質(zhì)合金，如YG3等。

　?。?）新型硬質(zhì)合金，如YG6A。

　?。?）涂層刀具，如TiC、TiN、Al2O3。

　?。?）陶瓷刀具。在高溫下仍能承受較高的切削速度。

　?。?）超硬刀具材料。

　　3．刀具的選購

　　現(xiàn)在刀具大多都商品化及標(biāo)準(zhǔn)化，選購時(shí)要索取刀具公司的規(guī)格圖冊，結(jié)合本廠的加工條件，選擇耐用度高的刀具，以確保最佳的經(jīng)濟(jì)效益。如果本廠產(chǎn)品變化不大，那么刀具種類應(yīng)盡可能少而精。

　　1.3 數(shù)控編程基礎(chǔ)

　　1.3.1 編數(shù)控程序的作用

　　小疑問 為什么要編寫數(shù)控程序？

　　因?yàn)閿?shù)控機(jī)床是一種自動(dòng)化的機(jī)床，加工時(shí)，是根據(jù)工件圖樣要求及加工工藝過程，將所用刀具及各部件的移動(dòng)量、速度和動(dòng)作先后順序、主軸轉(zhuǎn)速、主軸旋轉(zhuǎn)方向、刀頭夾緊、刀頭松開及冷卻等操作，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式編成程序單，輸入到機(jī)床專用計(jì)算機(jī)中。然后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制各部分根據(jù)規(guī)定的位移和有順序的動(dòng)作，加工出各種不同形狀的工件。因此，程序的編制對于數(shù)控機(jī)床效能的發(fā)揮影響極大。

　　1.3.2 數(shù)控程序標(biāo)準(zhǔn)

　　小疑問 數(shù)控程序是什么樣子？

　　數(shù)控機(jī)床必須把代表各種不同功能的指令代碼以程序的形式輸入數(shù)控裝置，由數(shù)控裝置進(jìn)行運(yùn)算處理，然后發(fā)出脈沖信號來控制數(shù)控機(jī)床的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的操作，從而完成零件的切削加工。

　　目前數(shù)控程序有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO和美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)的EIA。我國采用ISO代碼。

　　1.3.3 加工坐標(biāo)系與機(jī)械坐標(biāo)系

　　小疑問 加工坐標(biāo)系與機(jī)械坐標(biāo)系是一回事嗎？

　　大部分立式數(shù)控加工中心或數(shù)控機(jī)床規(guī)定：假設(shè)工作臺(tái)不動(dòng)，操作員站在機(jī)床前觀察刀具運(yùn)動(dòng)，刀具向右為X軸，向里為Y軸，向上為Z軸，均為右手笛卡兒坐標(biāo)系。機(jī)床各軸回零在某固定點(diǎn)上，此點(diǎn)為機(jī)床的機(jī)械零點(diǎn)。

　　編程時(shí)在工件較方便找正的位置確定的零點(diǎn)為編程零點(diǎn)。模具廠的工件，因開始加工的坯料大多是長方體，一般零點(diǎn)選在工件的對稱中心，也叫“四邊分中”的位置，為X、Y軸的零點(diǎn)，Z值大多定在最高面處。

　　1.3.4 程序代碼

　　在眾多機(jī)床系統(tǒng)中，目前常用的數(shù)控程序代碼是G代碼。以下為FANUC系統(tǒng)指令中最為常用的且重要的指令。

　　1．運(yùn)動(dòng)指令

　?。?）G90為絕對值編程，G91為相對值編程。

　?。?）G00為刀具按機(jī)床設(shè)定的固定速度快速移動(dòng)，也可寫成G0。

　　如刀具從A（3.0，6.0，0.0）走到B（10.0，12.0，0.0），則程序?yàn)镹01 G90 G00 X10.0 Y12.0 Z0或N01 G91 G00 X7.0 Y6.0 Z0。

　　要指出的是，此程序不能用于切削，只能用于快速回刀，而且并不是按F值走直線AB，而是走折線ACB，如圖1-1所示。