cnc1.2.2机床的工作原理小疑问数控加工机床如何工作？

1.1 本章知识要点及学习方法

本章以初学者学习UG数控编程时普遍关心的问题为线索，回答了以下问题：

qCNC的基本概念。

q数控程序代码的含义。

q数控技术的发展趋势。

q模房编程师的编程过程及塑胶模具制造流程。

q对初学者的忠告。

本章是基础，内容多且繁杂，初学者开始学习不必完全弄懂。了解主要内容后cnc，紧接着学其他后续内容，日后有空，再读本章，可以加深理解。

1.2 数控加工基本知识

1.2.1 CNC的基本含义

小疑问 什么是CNC？什么是电脑锣？学CNC主要学什么？

CNC是英文Computer Numberical Control的缩写，意思是“计算机数据控制”，简单地说就是“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的先进加工技术，是一种具有高效率、高精度与高柔性特点的自动化加工方法。它是将要加工工件的数控程序输入给机床，机床在这些数据的控制下自动加工出符合人们意愿的工件，以制造出美妙的产品，这样就可以把艺术家的想象变为现实的商品。数控加工技术可有效解决像模具这样复杂、精密、小批多变的加工问题，充分适应了现代化生产的需要。大力发展数控加工技术已成为我国加速发展经济、提高自主创新能力的重要途径。目前我国数控机床使用越来越普遍，能熟练掌握数控机床编程，是充分发挥其功能的重要途径。社会上急需一大批这样的人才。因此学好这门技术大有用武之地。

本书就是帮助读者学习使用自动化的编程软件UG来编制数控程序。

本书采用UG NX6中文版编写，同时对NX7新版本在数控编程中的改进功能进行介绍。

通过对学员在学习UG数控编程中普遍关心的问题为线索进行解答，讲解数控加工的原理、UG软件特点以及模房编程师的实际编程过程。通过案例分析及讲解，帮助读者掌握重点，有效攻克技术难点，尽快适应工作岗位。

1.2.2 CNC机床的工作原理

小疑问 数控加工机床如何工作？CNC如何加工模具？

一般来说，数控机床由机床本体、数控系统（CNC系统是数控机床的核心，是台专用计算机）、驱动装置及辅助装置等部分组成。而数控系统的基本功能有输入功能、插补功能及伺服控制等。它的工作过程是：通过输入功能接收到数控程序后结合操作员已经在面板上设定的对刀参数、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，从而发出相应的指令脉冲来控制机床的驱动装置，使机床各轴运动，操作机床实现预期的加工功能。

模具设计师根据客户产品图，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。确定加工刀具大小、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件，里面是机床能识别的代码。机床操作员收到程序单及数控程序后，就要按要求在数控机床工作台上装夹工件，在主轴上装上刀具，按要求对刀，在机床面板中设定对刀参数，根据机床的具体情况修改个别指令后就通过网络DNC把数控程序传给机床。机床上的刀具在这些数控指令的控制下进行切削运动，其他冷却系统同步工作，这样一条接着一条的程序都执行完，模具就加工出来了。

1.2.3 CNC加工工艺的特点

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的一种，也遵守机械加工切削规律，与普通机床的加工工艺大体相同。由于它是把计算机控制技术应用于机械加工之中的一种自动化加工，因而具有加工效率高、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数控加工工艺包括刀具的选择、切削参数的确定及走刀工艺路线的设计等内容。CNC数控加工工艺是数控编程的基础及核心，只有工艺合理，才能编出高效率和高质量的数控程序。衡量数控程序好坏的标准是：最少的加工时间、最小的刀具损耗及加工出最佳效果的工件。

数控加工工序是工件整体加工工艺的一部分，甚至是一道工序。它要与其他前后工序相互配合，才能最终满足整体机器或模具的装配要求，这样才能加工出合格的零件。

数控加工工序一般分为粗加工、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的刀，在机床功率或刀具能承受的范围内尽可能用较大切削量快速地切除大量的工件材料。为了防止粗加工时的切削振动使工件松动，在开粗后应该及时校表检查，必要时重新对刀。可以在开粗后进行基准面的精加工光刀，为以后校表检查做好准备。对于具有复杂型腔的工件，由于开粗用了较大刀具，使得角落处残存大量的余量，必须用比粗加工时较小的刀具进行二次开粗或清角。加工面积比较大的情况下，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须留足够多的余量，最后进行精加工工序。一般情况下，尽量在机床上检验，合格后才拆下，再准备下一件加工。

1.2.4 CNC刀具的选择和选购

小疑问 CNC常用刀具有哪些？如何选择刀具？

1．CNC刀具种类

常用的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，周围有主切削刃，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。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的第一个字母；D表示切削刃直径。

一般情况下，开粗时尽量选较大直径的刀，装刀时尽可能短，以保证有足够的刚度，避免弹刀。在选择小刀时，要结合被加工区域，确定最短的刀锋长及直身部分长，选择本公司现有的最合适的刀。

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。一般角半径为R0.1～R8。一般有整体式和镶刀粒式的刀把刀。镶刀粒的圆鼻刀也叫“飞刀”，主要用于大面积的开粗及水平面光刀。常用的有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，以提高效率且不过切。

（3）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的第一个字母。

一般情况下，要通过测量被加工图形的内圆半径来确定精加工所用的刀具，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部分，要承受很大的切削力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度。其切削性能必须要有以下方面。

（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）足够的强度与韧性。

（4）高的耐热性。

（5）良好的导热性。

（6）良好的工艺性和经济性。

为了满足以上要求，现在的数控刀具一般由以下材料制成：

（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cnc，如TIC、TIN、Al2O3。

（5）陶瓷刀具。在高温下仍能承受较高的切削速度。

（6）超硬刀具材料。

3．刀具的选购

现在刀具大多都商品化及标准化，选购时要索取刀具公司的规格图册，结合本厂的加工条件，选择耐用度高的刀具，以确保最佳的经济效益。如果本厂产品变化不大，那么刀具种类应尽可能少而精。

1.3 数控编程基础

1.3.1 编数控程序的作用

小疑问 为什么要编写数控程序？

因为数控机床是一种自动化的机床，加工时，是根据工件图样要求及加工工艺过程，将所用刀具及各部件的移动量、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，以规定的数控代码形式编成程序单，输入到机床专用计算机中。然后，数控系统根据输入的指令进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制各部分根据规定的位移和有顺序的动作，加工出各种不同形状的工件。因此，程序的编制对于数控机床效能的发挥影响极大。

1.3.2 数控程序标准

小疑问 数控程序是什么样子？

数控机床必须把代表各种不同功能的指令代码以程序的形式输入数控装置，由数控装置进行运算处理，然后发出脉冲信号来控制数控机床的各个运动部件的操作，从而完成零件的切削加工。

目前数控程序有两个标准：国际标准化组织的ISO和美国电子工业协会的EIA。我国采用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？

大部分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察刀具运动，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，此点为机床的机械零点。

编程时在工件较方便找正的位置确定的零点为编程零点。模具厂的工件，因开始加工的坯料大多是长方体，一般零点选在工件的对称中心，也叫“四边分中”的位置，为X、Y轴的零点，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，目前常用的数控程序代码是G代码。以下为FANUC系统指令中最为常用的且重要的指令。

1．运动指令

（1）G90为绝对值编程，G91为相对值编程。

（2）G00为刀具按机床设定的固定速度快速移动，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值走直线AB，而是走折线ACB，如图1-1所示。