CNC加工基本工艺的特点.docx

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CNC加工基本工艺的特点

第1章预备知识

1.1本章知识要点及学习办法

本章以初学者学习UG数控编程时普遍关怀问题为线索，回答了如下问题：

CNC基本概念。

数控程序代码含义。

数控技术发展趋势。

模房编程师编程过程及塑胶模具制造流程。

对初学者忠告。

本章是基本，内容多且繁杂，初学者开始学习不必完全弄懂。

理解重要内容后，紧接着学其她后续内容，日后有空，再读本章，可以加深理解。

1.2数控加工基本知识

1.2.1CNC基本含义

小疑问什么是CNC？

什么是电脑锣？

学CNC重要学什么？

CNC是英文ComputerNumbericalControl缩写，意思是“计算机数据控制”，简朴地说就是“数控加工”，在珠江三角洲地区，人们称为“电脑锣”。

数控加工是当今机械制造中先进加工技术，是一种具备高效率、高精度与高柔性特点自动化加工办法。

它是将要加工工件数控程序输入给机床，机床在这些数据控制下自动加工出符合人们意愿工件，以制造出美妙产品，这样就可以把艺术家想象变为现实商品。

数控加工技术可有效解决像模具这样复杂、精密、小批多变加工问题，充分适应了当代化生产需要。

大力发展数控加工技术已成为国内加速发展经济、提高自主创新能力重要途径。

当前国内数控机床使用越来越普遍，能纯熟掌握数控机床编程，是充分发挥其功能重要途径。

社会上急需一大批这样人才。

因而学好这门技术大有用武之地。

本书就是协助读者学习使用自动化编程软件UG来编制数控程序。

本书采用UGNX6中文版编写，同步对NX7新版本在数控编程中改进功能进行简介。

通过对学员在学习UG数控编程中普遍关怀问题为线索进行解答，解说数控加工原理、UG软件特点以及模房编程师实际编程过程。

通过案例分析及解说，协助读者掌握重点，有效攻克技术难点，尽快适应工作岗位。

1.2.2CNC机床工作原理

小疑问数控加工机床如何工作？

CNC如何加工模具？

普通来说，数控机床由机床本体、数控系统（CNC系统是数控机床核心，是台专用计算机）、驱动装置及辅助装置等某些构成。

而数控系统基本功能有输入功能、插补功能及伺服控制等。

它工作过程是：

通过输入功能接受到数控程序后结合操作员已经在面板上设定对刀参数、控制参数和补偿参数等数据进行译码，并进行逻辑运算，转化为一系列逻辑电信号，从而发出相应指令脉冲来控制机床驱动装置，使机床各轴运动，操作机床实现预期加工功能。

模具设计师依照客户产品图，设计出3D模具（也叫分模）后，就需要对模具图档进行数控编程。

拟定加工刀具大小、切削走刀方式后，用UG即可编出数控程序。

这个数控程序是个文本文献，里面是机床能辨认代码。

机床操作员收到程序单及数控程序后，就要按规定在数控机床工作台上装夹工件，在主轴上装上刀具，按规定对刀，在机床面板中设定对刀参数，依照机床详细状况修改个别指令后就通过网络DNC把数控程序传给机床。

机床上刀具在这些数控指令控制下进行切削运动，其她冷却系统同步工作，这样一条接着一条程序都执行完，模具就加工出来了。

1.2.3CNC加工工艺特点

小疑问CNC数控加工工艺有何独特之处？

CNC数控加工工艺是机械加工一种，也遵守机械加工切削规律，与普通机床加工工艺大体相似。

由于它是把计算机控制技术应用于机械加工之中一种自动化加工，因而具备加工效率高、精度高等特点，加工工艺有其独特之处，工序较为复杂，工步安排较为详尽周密。

CNC数控加工工艺涉及刀具选取、切削参数拟定及走刀工艺路线设计等内容。

CNC数控加工工艺是数控编程基本及核心，只有工艺合理，才干编出高效率和高质量数控程序。

衡量数控程序好坏原则是：

至少加工时间、最小刀具损耗及加工出最佳效果工件。

数控加工工序是工件整体加工工艺一某些，甚至是一道工序。

它要与其她先后工序互相配合，才干最后满足整体机器或模具装配规定，这样才干加工出合格零件。

数控加工工序普通分为粗加工、中粗清角加工、半精加工及精加工等工步。

粗加工要尽量选用较大刀，在机床功率或刀具能承受范畴内尽量用较大切削量迅速地切除大量工件材料。

为了防止粗加工时切削振动使工件松动，在开粗后应当及时校表检查，必要时重新对刀。

可以在开粗后进行基准面精加工光刀，为后来校表检查做好准备。

对于具备复杂型腔工件，由于开粗用了较大刀具，使得角落处残存大量余量，必要用比粗加工时较小刀具进行二次开粗或清角。

加工面积比较大状况下，为了减少刀具损耗可以进行半精加工。

以上各步为了防止过切都必要留足够多余量，最后进行精加工工序。

普通状况下，尽量在机床上检查，合格后才拆下，再准备下一件加工。

1.2.4CNC刀具选取和选购

小疑问CNC惯用刀具备哪些？

如何选取刀具？

1．CNC刀具种类

惯用数控铣刀具按形状分为平底刀、圆鼻刀和球刀3种。

（1）平底刀

平底刀也叫平刀或端铣刀，周边有主切削刃，底部为副切削刃。

可以用于开粗及清角、精加工侧平面及水平面。

惯用有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EndMill第一种字母；D表达切削刃直径。

普通状况下，开粗时尽量选较大直径刀，装刀时尽量短，以保证有足够刚度，避免弹刀。

在选取小刀时，要结合被加工区域，拟定最短刀锋长及直身某些长，选取我司既有最适当刀。

如果侧面带斜度叫斜度刀，可以精加工斜面。

（2）圆鼻刀

圆鼻刀也叫平底R刀，可用于开粗、平面光刀和曲面外形光刀。

普通角半径为R0.1～R8。

普通有整体式和镶刀粒式刀把刀。

镶刀粒圆鼻刀也叫“飞刀”，重要用于大面积开粗及水平面光刀。

惯用有ED30R5、ED25R5、ED16R0.8、ED12R0.8及ED12R0.4等。

飞刀开粗加工尽量选大刀，加工较深区域时，装刀长度先装短加工较浅区域，再装长加工较深区域，以提高效率且但是切。

（3）球刀

球刀也叫R刀，重要用于曲面中光刀及光刀。

惯用球刀有BD16R8、BD12R6、BD10R5、BD8R4、BD6R3、BD5R2.5（惯用于加工流道）、BD4R2、BD3R1.5、BD2R1、BD1.5R0.75及BD1R0.5。

B是BallMill第一种字母。

普通状况下，要通过测量被加工图形内圆半径来拟定精加工所用刀具，尽量选大刀光刀、小刀补刀加工。

2．刀具材料

在金属切削加工中，刀具材料也就是切削某些，要承受很大切削力和冲击，并受到工件及切屑激烈摩擦，产生很高切削温度。

其切削性能必要要有如下方面。

（1）高硬度：

HRC62以上，至少要高于被加工材料硬度。

（2）高耐磨性：

普通状况下，材料越硬、组织中碳物越多、颗粒越细、分布越均匀，其耐磨性就越高。

（3）足够强度与韧性。

（4）高耐热性。

（5）良好导热性。

（6）良好工艺性和经济性。

为了满足以上规定，当前数控刀具普通由如下材料制成：

（1）高速钢，如WMoAl系列。

（2）硬质合金，如YG3等。

（3）新型硬质合金，如YG6A。

（4）涂层刀具，如TiC、TiN、Al2O3。

（5）陶瓷刀具。

在高温下仍能承受较高切削速度。

（6）超硬刀具材料。

3．刀具选购

当前刀具大多都商品化及原则化，选购时要索取刀具公司规格图册，结合本厂加工条件，选取耐用度高刀具，以保证最佳经济效益。

如果本厂产品变化不大，那么刀具种类应尽量少而精。

1.3数控编程基本

1.3.1编数控程序作用

小疑问为什么要编写数控程序？

由于数控机床是一种自动化机床，加工时，是依照工件图样规定及加工工艺过程，将所用刀具及各部件移动量、速度和动作先后顺序、主轴转速、主轴旋转方向、刀头夹紧、刀头松开及冷却等操作，以规定数控代码形式编成程序单，输入到机床专用计算机中。

然后，数控系统依照输入指令进行编译、运算和逻辑解决后，输出各种信号和指令，控制各某些依照规定位移和有顺序动作，加工出各种不同形状工件。

因而，程序编制对于数控机床效能发挥影响极大。

1.3.2数控程序原则

小疑问数控程序是什么样子？

数控机床必要把代表各种不同功能指令代码以程序形式输入数控装置，由数控装置进行运算解决，然后发出脉冲信号来控制数控机床各个运动部件操作，从而完毕零件切削加工。

当前数控程序有两个原则：

国际原则化组织ISO和美国电子工业协会EIA。

国内采用ISO代码。

1.3.3加工坐标系与机械坐标系

小疑问加工坐标系与机械坐标系是一回事吗？

大某些立式数控加工中心或数控机床规定：

假设工作台不动，操作员站在机床前观测刀具运动，刀具向右为X轴，向里为Y轴，向上为Z轴，均为右手笛卡儿坐标系。

机床各轴回零在某固定点上，此点为机床机械零点。

编程时在工件较以便找正位置拟定零点为编程零点。

模具厂工件，因开始加工坯料大多是长方体，普通零点选在工件对称中心，也叫“四边分中”位置，为X、Y轴零点，Z值大多定在最高面处。

1.3.4程序代码

在众多机床系统中，当前惯用数控程序代码是G代码。

如下为FANUC系统指令中最为惯用且重要指令。

1．运动指令

（1）G90为绝对值编程，G91为相对值编程。

（2）G00为刀具按机床设定固定速度迅速移动，也可写成G0。

如刀具从A（3.0,6.0,0.0）走到B（10.0,12.0,0.0），则程序为N01G90G00X10.0Y12.0Z0或N01G91G00X7.0Y6.0Z0。

要指出是，此程序不能用于切削，只能用于迅速回刀，并且并不是按F值走直线AB，而是走折线ACB，如图1-1所示。

图1-1沿ACB迅速运动

要注意：

正由于G00并不像计算机里显示那样走直线，因此编程时移刀安全高度要足够高，否则实际加工中也许浮现过切，而计算机却查不出来。

（3）G01为按指定速度做直线运动，也可写成G1。

如刀具从A点（3.0,6.0,0.0）走到B点（10.0,12.0,0.0），则程序为N01G90G01X10.0Y12.0Z0F500或N01G01G91X7.0Y6.0Z0F500。

N01表达程序段号，可以省略，F500表达进给速度，每分钟走500mm。

（4）G02为顺时针圆弧，G03为逆时针圆弧，也可写成G2或G3。

如图1-2所示，在XY平面内，如刀具从A点（3.0，6.0，0.0）沿圆弧顺时针方向走到B点（10.0,12.0,0.0），半径为6.0，圆心为C2（8.999,6.084,0），则程序为G90G02X10.0Y12.0R6.0或G90G02X10.0Y12.0I5.999J0.084。

图1-2圆弧运动

如刀具从B点（10.0,12.0,0.0）沿圆弧逆时针方向走到A点（3.0,6.0,0.0），半径为6.0，圆心为C2（8.999,6.084,0），则程序为G90G03X3.0Y6.0R6.0或G90G03X3.0Y6.0I-1.001J-5.916。

R表达圆弧半径，I、J、K是圆心相对于起点相对坐标。

这些都是模态指令，如前一程序段已指定，本条相似则可以省略。

知识拓展：

有些机床R指令也许是非模态，NC程序就不能容易省略。

有些机床I、J、K规定是圆心绝对坐标值，则以上NC程序就不能正常运营。

刚接触新机床要注意这些问题。

2．坐标系设立

G54～G59普通为6个，但有些新机床可扩展到G540～G599。

3．补偿指令

G41为左补偿，G42为右补偿。

沿着刀具迈进方向看，刀具在加工轨迹左边，就称作左补偿，否则为右补偿。

G40为取消补偿。

G43为刀具长度补偿，G49为取消长度补偿。

4．辅助功能

M00为程序暂停，也可写成M0。

M01为操作暂停，也可写成M1。

M02为程序停，也可写成M2。

M03为刀具正转，也可写成M3。

M05为刀具停转，也可写成M5。

M06为换刀，也可写成M6。

在加工中心，刀具要依照在刀架中排列位置拟定

第1章预备知识7

刀号。

如T5M06，表达先选取T5刀，再用机械手将刀装上刀主轴中。

M08为开冷却油，也可写成M8。

M09为关冷却油，也可写成M9。

M30为程序结束，纸带倒带或程序返回开始处。

要注意：

有些机床规定同一条语句只能有一种M指令，最后一种才起作用。

为了保险起见，可把要加入M指令分作不同NC语句。

其她不惯用代码不再简介，如果此后工作中要用到，可参照机床阐明书。

1.3.5程序举例

任务：

加工出如图1-3所示外形模具。

用ED8平底刀光刀加工刀具途径为：

1→2→3→4…11，先用数学办法计算各个节点坐标及圆弧半径，然后依照G代码规律编制各直线或圆弧段数控程序，如图1-4所示。

图1-3待加工图形图1-4加工路线图形

所编程序为刀心轨迹，详细如下（斜体字为对数控程序语句解释）：

%（程序开头符号）

O001（程序号。

如果采用DNC传送，则可以省略）

N0010G40G17G90G49G80（N0010程序段号，G40取消补偿，G17选取XY平面，G90绝对值编程，G49取消长度补偿，G80取消钻孔循环）

N0020G91G28Z0.0（机床回参照点，G91相对值编程，G28回归机械零点便于换刀）

:

0030T01M06（换刀，将编号为1号刀自动装上主轴。

此功能对于加工中心才有用，对于普通数控铣机床，这一段和上一段由操作员删除）

N0040G0G54X19.343Y48.S2200M03（G0刀具迅速运动到以G54为零点1（19.3431，48.，0），M03主轴正转，转速为S2200/每分钟）

N0050G43Z10.H01（G43长度补偿，H01长度补偿值，同步迅速下降到Z10.位置，省略XY阐明在XY方向不动。

如果初次加工需加入G01F，操作员通过调倍率开关使刀具以可控进给速度F百分率下降）

N0060Z3.

N0070G1Z0.0F1250.M08（M08开冷却油，按进给F1250走刀）

N0080G3X25.Y44.I5.657J2.（逆时针走圆弧进刀到2）

N0090G1X38.（切削直线到3）

8工厂数控编程技术实例特训（UGNX6版）

N0100G2X54.Y28.I0.0J-16.（切削走顺时圆弧到4）

N0110G1Y12.（切削直线到5）

N0120G2X38.Y-4.I-16.J0.0（切削走顺时圆弧到6）

N0130G1X12.（切削直线到7）

N0140G2X-4.Y12.I0.0J16.（切削走顺时圆弧到8）

N0150G1Y28.（切削直线到9）

N0160G2X12.Y44.I16.J0.0（切削走顺时圆弧到10）

N0170G1X25.（切削直线到2）

N0180G3X30.657Y48.I0.0J6.（切削退出到11）

N0190G1Z3.（慢速提刀到Z3.0，省略XY阐明在XY方向不动）

N0200G0Z10.（迅速提刀到Z10.0）

N0210M02（程序结束）

%（程序结束符号）

手工编程时，要依照图纸计算出各段原始图形端点坐标，并且按图纸轮廓编程。

程序中加入G41（左补偿）或G42（右补偿）指令，加工时要在机床控制面板补偿值中输入所用刀具半径作为最后补偿值参数。

可以用解析几何办法计算各节点及圆弧参数，也可以在AutoCAD或其她软件中调出电子工程图，直接测量点坐标、圆弧半径或圆心坐标数据。

手工编程大多用于2D平面编程状况，而对于3D特别是自由曲面数控程序，就必要借用高档算法编程语言，如Fortran、C语言等，进行等距曲面数模刀具中心点计算，再排列走刀加工轨迹路线，最后输出生成NC程序。

这些就相称于开发一种如UG这样数控编程软件，工作量大且复杂。

随着技术发展，当前数控编程人员只需要弄懂数控代码含义，会运用UG等软件数控编程功能，就可以完毕数控编程工作，而不需要过多考虑软件计算原理及计算过程。

1.3.6编程软件简介

小疑问复杂程序怎么编？

编程软件有哪些？

究竟哪个好用？

随着技术进步，3D数控编程普通很少采用手工编程，而使用商品化CAD/CAM软件。

CAD/CAM是计算机辅助编程系统核心，重要功能有数据输入/输出、加工轨迹计算及编辑、工艺参数设立、加工仿真、数控程序后解决和数据管理等。

当前，在国内深受顾客喜欢、数控编程功能强大软件有Mastercam、UG、Cimatron、PowerMILL、CAXA等。

各软件对于数控编程原理、图形解决办法及加工办法都大同小异，但各有特点。

因每种软件都不是十全十美，对于顾客来说，不但要学习其长处，也要进一步理解它们短处，这样才干应用自如。

Mastercam是美国CNCSoftware，Inc公司开发基于PC平台CAD/CAM软件，最新版本为MastercamX4，长处如下：

第1章预备知识9

（1）研发团队开发加工功能历史悠久。

（2）该软件能及时推出各种新加工功能。

（3）该软件对系统运营环境规定较低。

（4）可以实现DNC加工。

DNC（直接数控）是指用一台计算机直接控制多台数控机床，其技术是实现CAD/CAM核心技术之一。

（5）运用MastercamCommunic功能进行通信，而不必考虑机床内存局限性问题。

经大量实践表白，用Mastercam软件编制复杂零件加工程序较为以便，并且能对加工过程进行实时仿真，真实反映加工过程中实际状况，是非常先进CAD/CAM软件。

局限性之处是：

绘图功能没有UG、Pro/E及SolidWorks那样强大；新功能有时不够稳定。

Cimatron是以色列Cimatron软件有限公司开发世界知名CAD/CAM软件，它针对模具制造行业提供了全面解决方案。

Cimatron软件产品是一种集成CAD/CAM产品，在一种统一系统环境下，使用统一数据库，顾客可以完毕产品构造设计、零件设计，输出设计图纸，可以依照零件三维模型进行手工或自动模具分模，再对凸、凹模进行自动NC加工，输出加工用NC代码。

长处是：

基于知识加工；基于毛坯残留加工；实现完整意义上刀具载荷分析与速率调节优化；功能丰富、完善、安全和高效高速铣削加工。

局限性之处是在模具加工中自动化功能有待完善和发展。

PowerMILL是一款独立运营世界领先CAM系统，它是Delcam核心多轴加工产品。

PowerMILL可通过IGES、VDA、STL和各种不同专用直接接口接受来自任何CAD系统数据。

长处是：

刀路稳定；五轴高速加工功能强大；计算速度较快，同步也为使用者提供了极大灵活性。

局限性之处是添加辅助线或辅助面不太以便。

CAXA是ComputerAidedXAlliance-AlwaysastepAhead（X：

technology，product，solutionandservice…）缩写，是联盟合伙领先一步计算机辅助技术与服务。

它是依托北京航空航天大学科研实力，由北航海尔开发出中华人民共和国第一款完全自主研发CAD产品。

它是国人骄傲，长处是按照中华人民共和国人思维和界面设计软件，易学易用。

局限性之处是普及限度不高。

本书重要简介UG软件在模具数控编程中应用，协助读者学会用UG进行数控编程，并努力用于实际工作之中，提高自己价值。

1.3.7典型数控机床控制面板简介

作为CNC数控编程员，一方面要理解自己所编程序是如何运营，因此有必要学会某一种数控机床操作，如果有条件，最佳是能正的确际操机达到一定限度水平，再学数控编程，这样可以使所编程序切合实际。

惯用典型数控系统有FANUC（日本）、SIMEMENS（德国）、FAGOR（西班牙）、HEIDENHAIN（德国）、MITSUBISH（日本）等公司数控系统及有关产品，它们在数控行业中占据主导地位。

国内数控产品以华中数控、航天数控为代表，也将高性能数控系统产业化。

如图1-5所示为某一种FANUC系统控制面板。

10工厂数控编程技术实例特训（UGNX6版）

图1-5控制面板

其中，各功能键作用如下。

（1）位置功能键POS：

在CRT上显示当前位置坐标值。

（2）程序功能键PRGRM：

在编辑（EDIT）方式下，进行存储器编辑、显示；在手动数据输入（MDI）方式下，可以便顾客手工输入数控指令；在自动方式（AOTO）下，进行程序和指令显示。

（3）刀具补偿功能键MENU/OFSET：

坐标系、补偿量及变量设定与显示，涉及G54、G55等工件坐标系、刀具补偿量和R变量设定等。

（4）参数设立功能键OPR/ALARM：

在CRT操作面板上显示和报警显示。

（5）图形功能键AUX/GRAPH：

结合扩展功能软键可进入动态刀路显示、坐标显示以及刀具途径模仿等关于功能。

1.3.8数控机床操作要领及注意事项

下面以如图1-6所示典型数控铣床机床操作面板为例阐明操作要领。

图1-6操作面板

（1）电源接通。

要检查各电表与否正常、气压表与否正常、油水仪表与否正常。

如无问题可按POWERON按钮接通电源，几秒钟后机床自检，CRT显示坐标。

如浮现报警信息，先自己分析排除，解决不了，及时报告上级请专业人员解决。

如正常可进行接下来操作。

（2）机床回参照零点，手动或自动，以便使机床正常运转。

（3）分析数控程序单，对照编程图形，理解整个走刀状况、对刀方式及装夹方式；准备刀具、量具及夹具；在机床上按规定装夹工件。

（4）工件分中找正，将工件坐标系零点机械值输入到G54、G55等存储器。

（5）装上刀具对刀，将长度补偿值输入到H值。

第1章预备知识11

（6）复制数控程序，依照既有刀号、补偿号修改程序头部及尾部。

（7）开高压气吹风。

（8）在DNC状态下通过DNC网络传送数控程序。

（9）一开始要慢慢进刀，等待刀切入工件时，切削平稳正常时才将进给倍率开关调到正常速度。

调转速开关，使声音洪亮，切削平稳时为止。

依照规定拟定适当转速S及进给F，使每刃切削量达到合理高效规定。

（10）如果加工钢件，开粗时要密切关注刀粒磨损限度，发既有问题要及时调节或更换。

（11）要对自己所使用机床精度、刀具转动精度及加工误差有所理解，要和编程员密切沟通，使光刀时留足够多余量。

（12）加工完毕要在机床上对照编程图形进行测量。

如不合格，要分析因素。

要通过调节编程余量重新编程或调节补偿数再加工，直到合格为止。

合格后才拆下。

清理机床，准备加工下一件。

1.3.9数控技术发展趋势

依照国内外关于资料得知，当今数控技术发展方向如下：

具备更高精度、更高速度高速机床不断地普及、发展和完善。

多功能化并配有自动换刀机构各类加工中心在各种CPU和分级中断控制方式下可实现“前台加工，后台编辑”，还可实现多台机床联网，对多台机床进行群控。

采用人工智能专家诊断系统，对机床进行自我控制、自诊断、自修复，以实现无人化作业。

CAD/CAPP/CAM集成技术运用使编程不再依赖于编程员个人水平高低而是直接从数据库调用成熟工艺参数。

通过改进构造，机床可靠性能大大提高。

控制系统小型化。

但是当前只有少数发达国家和地区某些工厂可达到以上水平。

在国内要全面达到上述水平，还需要科技人员通过很长时间努力。

咱们工程技术人员必要立足于各公司当前现状，学好数控技术，才干充分发挥设备功能，努力提高生产效率和应用水平。

1.3.10先进制造技术小疑问先进制造技术发展了，将来CNC编程员会失业吗？

将计算机技术运用于工程制造，这是工业界一次革命。

当代制造除了数控加工外