1.1 本章知識要點及學習方法

　　本章以初學者學習UG數控編程時普遍關心的問題為線索，回答了以下問題：

　　qCNC的基本概念。

　　q數控程序代碼的含義。

　　q數控技術的發展趨勢。

　　q模房編程師的編程過程及塑膠模具制造流程。

　　q對初學者的忠告。

　　本章是基礎，內容多且繁雜，初學者開始學習不必完全弄懂。了解主要內容后，緊接著學其他后續內容，日后有空，再讀本章，可以加深理解。

　　1.2 數控加工基本知識

　　1.2.1 CNC的基本含義

　　小疑問 什么是CNC？什么是電腦鑼？學CNC主要學什么？

　　CNC是英文Computer Numberical Control的縮寫，意思是“計算機數據控制”，簡單地說就是“數控加工”，在珠江三角洲地區，人們稱為“電腦鑼”。

　　數控加工是當今機械制造中的先進加工技術，是一種具有高效率、高精度與高柔性特點的自動化加工方法。它是將要加工工件的數控程序輸入給機床，機床在這些數據的控制下自動加工出符合人們意愿的工件，以制造出美妙的產品，這樣就可以把藝術家的想象變為現實的商品。數控加工技術可有效解決像模具這樣復雜、精密、小批多變的加工問題，充分適應了現代化生產的需要。大力發展數控加工技術已成為我國加速發展經濟、提高自主創新能力的重要途徑。目前我國數控機床使用越來越普遍，能熟練掌握數控機床編程，是充分發揮其功能的重要途徑。社會上急需一大批這樣的人才。因此學好這門技術大有用武之地。

　　本書就是幫助讀者學習使用自動化的編程軟件UG來編制數控程序。

　　本書采用UG NX6中文版編寫，同時對NX7新版本在數控編程中的改進功能進行介紹。

　　通過對學員在學習UG數控編程中普遍關心的問題為線索進行解答，講解數控加工的原理、UG軟件特點以及模房編程師的實際編程過程。通過案例分析及講解，幫助讀者掌握重點，有效攻克技術難點，盡快適應工作崗位。

　　1.2.2 CNC機床的工作原理

　　小疑問 數控加工機床如何工作？CNC如何加工模具？

　　一般來說，數控機床由機床本體、數控系統（CNC系統是數控機床的核心，是臺專用計算機）、驅動裝置及輔助裝置等部分組成。而數控系統的基本功能有輸入功能、插補功能及伺服控制等。它的工作過程是：通過輸入功能接收到數控程序后結合操作員已經在面板上設定的對刀參數、控制參數和補償參數等數據進行譯碼，并進行邏輯運算，轉化為一系列邏輯電信號，從而發出相應的指令脈沖來控制機床的驅動裝置，使機床各軸運動，操作機床實現預期的加工功能。

　　模具設計師根據客戶產品圖，設計出3D模具（也叫分模）后，就需要對模具圖檔進行數控編程。確定加工刀具大小、切削走刀方式后，用UG即可編出數控程序。這個數控程序是個文本文件，里面是機床能識別的代碼。機床操作員收到程序單及數控程序后，就要按要求在數控機床工作臺上裝夾工件，在主軸上裝上刀具，按要求對刀，在機床面板中設定對刀參數，根據機床的具體情況修改個別指令后就通過網絡DNC把數控程序傳給機床。機床上的刀具在這些數控指令的控制下進行切削運動，其他冷卻系統同步工作，這樣一條接著一條的程序都執行完，模具就加工出來了。

　　1.2.3 CNC加工工藝的特點

　　小疑問 CNC數控加工工藝有何獨特之處？

　　CNC數控加工工藝是機械加工的一種，也遵守機械加工切削規律，與普通機床的加工工藝大體相同。由于它是把計算機控制技術應用于機械加工之中的一種自動化加工，因而具有加工效率高、精度高等特點，加工工藝有其獨特之處，工序較為復雜，工步安排較為詳盡周密。

　　CNC數控加工工藝包括刀具的選擇、切削參數的確定及走刀工藝路線的設計等內容。CNC數控加工工藝是數控編程的基礎及核心，只有工藝合理，才能編出高效率和高質量的數控程序。衡量數控程序好壞的標準是：最少的加工時間、最小的刀具損耗及加工出最佳效果的工件。

　　數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器或模具的裝配要求，這樣才能加工出合格的零件。

　　數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，在機床功率或刀具能承受的范圍內盡可能用較大切削量快速地切除大量的工件材料。為了防止粗加工時的切削振動使工件松動，在開粗后應該及時校表檢查，必要時重新對刀?？梢栽陂_粗后進行基準面的精加工光刀，為以后校表檢查做好準備。對于具有復雜型腔的工件，由于開粗用了較大刀具，使得角落處殘存大量的余量，必須用比粗加工時較小的刀具進行二次開粗或清角。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，最后進行精加工工序。一般情況下，盡量在機床上檢驗，合格后才拆下，再準備下一件加工。

　　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的第一個字母；D表示切削刃直徑。

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

　　如果側面帶斜度叫斜度刀，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，加工較深區域時，裝刀長度先裝短加工較淺區域，再裝長加工較深區域，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的第一個字母。

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

　　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。

　　（2）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、分布越均勻，其耐磨性就越高。

　?。?）足夠的強度與韌性。

　?。?）高的耐熱性。

　?。?）良好的導熱性。

　?。?）良好的工藝性和經濟性。

　　為了滿足以上要求，現在的數控刀具一般由以下材料制成：

　　（1）高速鋼，如WMoAl系列。

　?。?）硬質合金，如YG3等。

　　（3）新型硬質合金，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

　　現在刀具大多都商品化及標準化，選購時要索取刀具公司的規格圖冊，結合本廠的加工條件，選擇耐用度高的刀具，以確保最佳的經濟效益。如果本廠產品變化不大，那么刀具種類應盡可能少而精。

　　1.3 數控編程基礎

　　1.3.1 編數控程序的作用

　　小疑問 為什么要編寫數控程序？

　　因為數控機床是一種自動化的機床，加工時，是根據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量、速度和動作先后順序、主軸轉速、主軸旋轉方向、刀頭夾緊、刀頭松開及冷卻等操作，以規定的數控代碼形式編成程序單，輸入到機床專用計算機中。然后，數控系統根據輸入的指令進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制各部分根據規定的位移和有順序的動作，加工出各種不同形狀的工件。因此，程序的編制對于數控機床效能的發揮影響極大。

　　1.3.2 數控程序標準

　　小疑問 數控程序是什么樣子？

　　數控機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控裝置，由數控裝置進行運算處理，然后發出脈沖信號來控制數控機床的各個運動部件的操作，從而完成零件的切削加工。

　　目前數控程序有兩個標準：國際標準化組織的ISO和美國電子工業協會的EIA。我國采用ISO代碼。

　　1.3.3 加工坐標系與機械坐標系

　　小疑問 加工坐標系與機械坐標系是一回事嗎？

　　大部分立式數控加工中心或數控機床規定：假設工作臺不動，操作員站在機床前觀察刀具運動，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系。機床各軸回零在某固定點上，此點為機床的機械零點。

　　編程時在工件較方便找正的位置確定的零點為編程零點。模具廠的工件，因開始加工的坯料大多是長方體，一般零點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，Z值大多定在最高面處。

　　1.3.4 程序代碼

　　在眾多機床系統中，目前常用的數控程序代碼是G代碼。以下為FANUC系統指令中最為常用的且重要的指令。

　　1．運動指令

　?。?）G90為絕對值編程，G91為相對值編程。

　?。?）G00為刀具按機床設定的固定速度快速移動，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），則程序為N01 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。