數(shù)控CNC編程基本要求和理論

1、絡(luò)客編程的要求及基本理論要想成為一名合格甚至優(yōu)秀的編程工程師，除了熟練掌握軟件的操作外，還需 要掌握數(shù)控加工工藝知識和模具結(jié)構(gòu)知識，熟悉刀具、數(shù)控設(shè)備的使用和一些特 殊模具結(jié)構(gòu)的工藝要求等。本章重點介紹編程工程師應該具備的素質(zhì)和數(shù)控編程 常遇到的問題及解決方法。1.1編程工程師應具備的素質(zhì)作為一名數(shù)控編程工程師，首先需要對數(shù)控銃刀和數(shù)控機床的使用非常熟悉， 否則一切將是紙上談兵。編程前，首先要對模型進行分析，如模具的加工需要使 用哪些設(shè)備，哪些部位數(shù)控加工不到而需要拆銅公，應使用多大的刀進行開粗， 多大的刀進行精加工（精光），刀具是否足夠長或剛度是否達到要求等。1彳1刀具的認識與選擇1 刀具的

2、認識數(shù)控加工刀具必須適應數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點，一般應包 括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要連接刀具并裝在機床動力頭 上，因此已逐漸標準化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可 分為： 整體式； 鑲嵌式，采用焊接或機夾式連接，機夾式又可分為不轉(zhuǎn)位 和可轉(zhuǎn)位兩種；？特殊型式，如復合式刀具、減振式刀具等。根據(jù)制造刀具所用 的材料可分為： 高速鋼刀具； 硬質(zhì)合金刀具； 金剛石刀具； 其他材 料刀具，為了適應數(shù)控機床對刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等要求，近幾年機夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應用，在數(shù)量上達到整個數(shù)控刀具的30%40%，金屬切除量占總數(shù)的 80%90%。

3、數(shù)控刀具與普通機床上所用的刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點：？剛性好(尤其是粗加工刀具)、精度高、抗振及熱變形?。换Q性好，便于快速換刀；？壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠；？刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時間；？刀具應能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；系列化、標準化，以利于編程和刀具管理。數(shù)控銃刀從形狀上主要分為平底刀(端銃刀)、圓鼻刀和球刀，如圖1-1所示。從刀具材料和使用性能上主要分為白鋼刀、飛刀和合金刀。在工廠實際加工中，最常用的刀具有 D35R5、D30R5、D25R5、D20R0.8、D17R0.8、D12、D10、 D8、D6、R5、R4、R3、R2.5、R2、R1.

4、5、R1 和 R0.5 等。球刀圓鼻刀平底刀圖i-i數(shù)控銃刀(1) 平底刀：主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。其缺 點是刀尖容易磨損，影響加工精度。(2) 圓鼻刀：主要用于模胚的粗加工、平面精加工和側(cè)面精加工，特別適用 于材料硬度高的模具加工，開粗時優(yōu)先選擇圓鼻刀。(3) 球刀：主要用于非平面的半精加工和精加工。編程小結(jié)：白鋼刀刀條是銀白色的，主要用于直壁的加工，其加工特點是轉(zhuǎn)速慢，進給小，但價格便 宜；飛刀主要是鑲刀粒的鑲拼式刀具，刀具剛性好，在數(shù)控加工中使用非常廣泛，主要用于 模胚的開粗、2D輪廓的半精加工和精加工；合金刀價格昂貴，但加工的效果要比白鋼刀和飛 刀好，目前其最

5、大的型號是 D12。2 刀具的選擇在數(shù)控加工中，刀具的選擇直接關(guān)系到加工精度的高低、加工表面質(zhì)量的優(yōu)劣 和加工效率的高低。選擇合適的刀具并設(shè)置合理的切削參數(shù)，將可以使數(shù)控加工 以最低的成本和最短的時間達到最佳的加工質(zhì)量?？傊毒哌x擇的總原則是： 安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇 較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。選擇刀具時，要使刀具的尺寸與模胚的加工尺寸相適應。如模仁的尺寸是80X 80,則應該選擇D26R5或D26R3.5等刀具進行開粗；如模仁的尺寸大于100X 100,則 應該選擇D35R5的飛刀進行開粗；刀具的選擇還要考慮機床的功率，如功率小的 數(shù)

6、控銃床或加工中心，則不能裝大于規(guī)定使用的刀具。編程員小結(jié)：(1) 刀具直徑越大，轉(zhuǎn)速越慢；同一類型的刀具，刀桿越長，吃刀量就要減小， 否則容易彈刀而產(chǎn)生過切。(2) 白鋼刀轉(zhuǎn)速不可過快，進給速度不可過大，光平面時進給率為 700mm/min最適 宜。(3) 飛刀的剛性好，吃刀量大，最適合模胚的開粗。另外，飛刀光陡峭面的質(zhì)量也 非常好。(4) 飛刀主要是鑲刀粒的，沒有側(cè)刃，如圖1-2所示。(5) 合金刀剛性好，不易產(chǎn)生彈刀，用于精加工模具的效果最好。(6) 合金刀和白鋼刀一樣有側(cè)刃，精銑銅公直壁時往往使用其側(cè)刃圖1-2 飛刀1.1.2 數(shù)控設(shè)備的認識與使用模具加工中，常用的數(shù)控設(shè)備有數(shù)控銃床、加

7、工中心（數(shù)控銃床和加工中心統(tǒng)稱為電腦鑼）、火花機和線切割機等，如圖小數(shù)控（鉆孔攻牙機）1-3所示。加工中心火花機線切割機圖1-3數(shù)控設(shè)備數(shù)控加工中心主要由機身、工作臺、主軸、面板和夾具等組成。但并非所有的 模具都能由電腦鑼直接完全加工出來，有時還需要火花機或線切割機。如圖1-4所示的模具，由于某些部位用電腦鑼無法加工出來，故需要使用火花機進行加工。如圖1-5所示的模具，為了提高生產(chǎn)效率，也需要使用線切割機進行加工。編程員小結(jié)：很多數(shù)控編程初學者認為無須了解火花機或線切割機，這種想法是非常錯誤的。因為只有非常清楚地了解火花機和線切割機的加工工藝知識，才能編寫出合理刀路，提高生產(chǎn)效率和減少錯誤。圖

8、1-4 需要電火花的模具圖1-5需要線切割的模具1.1.3模具結(jié)構(gòu)的認識編程者必須對模具結(jié)構(gòu)有一定的認識，如模具中的母模、公模、滑塊、斜頂、枕位、碰穿面、擦穿面和流道等。一般情況下母模的加工要求比公模的加工要求高，所以母模面必須加工得非常準確和光亮，該清的角一定要清；但公模的加工就有所不同，有時有些角不一定需要清得很干凈，表面也不需要很光亮。另外，模具中一些特殊部位的加工工藝要求不相同，如 模具中的角位需要留 0.02mm的余量拋光；模仁中的碰穿面、擦穿面需要留0.02mm的余量用于試模。如圖1-6所示列出了模具中的一些常見結(jié)構(gòu)。枕位母模公模滑塊定位柱（邊鎖）圖1-6模具中常見的結(jié)構(gòu)及名稱編程

9、常遇到的問題及解決方法在數(shù)控編程中，常遇到的問題有撞刀、彈刀、過切、漏加工、多余的加工、空 刀過多、提刀過多和刀路凌亂等問題，這也是編程初學者急需解決的重要問題。1.2.1撞刀撞刀是指刀具的切削量過大，除了切削刃外，刀桿也撞到了工件。造成撞刀的 原因主要是安全高度設(shè)置不合理或根本沒設(shè)置安全高度、選擇的加工方式不當、 刀具使用不當和二次開粗時余量的設(shè)置比第一次開粗設(shè)置的余量小等。下面以圖表的方式講述撞刀的原因及其解決方法，如表1-4所示。表1-4撞刀原因及解決方法序號撞刀原因圖解撞刀解決方法1吃刀量過大減少吃刀量。刀具直徑越 小，其吃刀量應該越小。一般情況下模具開粗每刀 吃刀量不大于 0.5m

10、m,半 精加工和精加工吃刀量 更小234不當不得用于商業(yè)用途二次開粗時余量應比第一次開粗的余量要稍大一0.35m m。否則，刀桿容易撞到上面的側(cè)壁選擇不當?shù)募庸し绞綄⒌雀咻喞姷姆绞礁臑?型腔銃的方式。當加工余量大于刀具直徑時，不能選擇等高輪廓的加工方式安全高度設(shè)置不當提刀中撞 到夾具(1) ?安全高度應大于裝夾高度(2) ?多數(shù)情況下不能選擇“直接的”進退刀方式,除了特殊的工件之外點，一般大0.05mm。如第一次開粗余量為 0.3mm，則二次開粗余量應為二次開粗余量設(shè)置編程員小結(jié)：除了上述原因會產(chǎn)生撞刀外，修剪刀路有時也會產(chǎn)生撞刀，故盡量 不要修剪刀路。撞刀產(chǎn)生最直接的后果就是損壞刀具和工件

11、，更嚴重的 可能會損害機床主軸。1.2.2彈刀彈刀是指刀具因受力過大而產(chǎn)生幅度相對較大的振動。彈刀造成的危害就是造成工件過切和損壞刀具，當?shù)稄叫∏业稐U過長或受力過大都會產(chǎn)生彈刀的現(xiàn)象。下面以圖表的方式講述彈刀的原因及其解決方法，如表1-5所示。表1-5 撞刀原因及解決方法彈刀的解決方法序號彈刀的原因1刀徑小且刀桿過長改用大一點的球刀清角或 電火花加工深的角位受力過大（即吃刀量 過大）減少吃刀量（即全局每刀 深度），當加工深度大于 120mm時，要分開兩次裝 刀，即先裝上短的刀桿加 工到100mm的深度，然后 再裝上加長刀桿加工 100mm以下的部分，并設(shè) 置小的吃刀量編程員小結(jié)：彈刀現(xiàn)象最容易

12、被編程初學者所忽略，因此要引起足夠的重視。編程時，應根據(jù)切削材料的性能和刀具的直徑、長度來 確定吃刀量和最大加工深度，以及太深的地方是否需要電火花加工等。僅供個人參考123過切過切是指刀具把不能切削的部位也切削了，使工件受到了損壞。造成工件過切 的原因有多種，主要有機床精度不高、撞刀、彈刀、編程時選擇小的刀具但實際 加工時誤用大的刀具等。另外，如果操機師傅對刀不準確，也可能會造成過切。如圖1-7所示的情況是由于安全高度設(shè)置不當而造成的過切。圖1-7過切編程員小結(jié)：編程時，一定要認真細致，完成程序的編制后還需要詳細檢查刀路以避免過切等現(xiàn)象的發(fā)生，否則模具報廢甚至機床損壞。124漏加工漏加工是指模

13、具中存在一些刀具能加工到的地方卻沒有加工，其中平面中的轉(zhuǎn)角處是最容易漏加工的，如圖1-8所示。類似于圖1-8所示的模型，為了提高加工效率，一般會使用較大的平底刀或圓鼻刀進行光平面，當轉(zhuǎn)角半徑小于刀具半徑時，則轉(zhuǎn)角處就會留下余量，如圖1-9所示。為了清除轉(zhuǎn)角處的余量，應使用球刀在轉(zhuǎn)角處補加刀路，如圖1-10所示。圖1-8平面中的轉(zhuǎn)角處漏加工圖1-9 平面銃加工圖1-10 補加刀路編程員小結(jié)：漏加工是比較普遍也是最容易忽略的問題之一，編程者必須小心謹慎，不要等到模具已經(jīng)從機床上拆下來了才發(fā)現(xiàn)漏加工，那將會浪費大量的時間。125多余的加工多余的加工是指對于刀具加工不到的地方或電火花加工的部位進行加工

14、，它多發(fā)生在精加工或半精加工。有些模具的重要部位或者普通數(shù)控加工不能加工的部位都需要進行電火花加 工，所以在開粗或半精加工完成后，這些部位就無須再使用刀具進行精加工，否 則就是浪費時間或者造成過切。如圖1-11和圖1-12所示的模具部位就無須進行精加工。電火花加工的部圖1-11無須進行精加工的部位（一）編程員小結(jié)：通過選擇加工面的方式確定加工的范圍，不加工的面不要選擇。圖1-12 無須進行精加工的部位（二）1.2.6空刀過多空刀是指刀具在加工時沒有切削到工件，當空刀過多時則浪費時間。產(chǎn)生空刀的原因多是加工方式選擇不當、加工參數(shù)設(shè)置不當、已加工的部位所剩的余量不明確和大面積進行加工，其中選擇大面

15、積的范圍進行加工最容易產(chǎn)生空刀。為避免產(chǎn)生過多的空刀，在編程前應詳細分析加工模型，確定多個加工區(qū)域。編程總脈絡(luò)是開粗用銃腔型刀路，半精加工或精加工平面用平面銃刀路，陡峭的區(qū)域用等高輪廓銃刀路，平緩區(qū)域用固定軸輪廓銃刀路。如圖1-13所示的模型，半精加工時不能選擇所有的曲面進行等高輪廓銃加工，否則將產(chǎn)生過多空刀。編程員小結(jié)：避免空刀過多的方法就是把刀路細化，通過選擇加工面或修剪邊界的方式把大的加工區(qū)域分成若干個小的加工區(qū)域。127提刀過多和刀路凌亂提刀在編程加工中是不可避免的，但當提刀過多時就會浪費時間，大大地降低 加工效率和提高加工成本。另外，提刀過多會造成刀路凌亂不美觀，而且會給檢 查刀路的

16、正確與否帶來麻煩。造成提刀過多的原因有模型本身復雜、加工參數(shù)設(shè)置不當、切削模式選擇不當 和沒有設(shè)置合理的進刀點等。下面以圖表的方式列出了提刀過多的原因和解決方法，如表1-6所示。表1-6提刀過多的原因及解決方法序號提刀過多的原因圖示解決方法及圖示二次開粗：選擇“使用基于層的”方式1設(shè)置不 當?shù)募?工參數(shù)畑提刀太多二次開粗：選擇“使用 3D”方式1.3 模 型 分 析在編程之前，必須對模型進行分析，如模型的大小、模型中各圓角半徑的大小、模型的加工深度、模型中是否存在需要 電火花加工或線切割的部位等。只有把模型分析透了，才有可能以最快的速度編出最合理的加工程序。1.3.1 模型大小、圓角半徑等的分

17、析模型分析主要是分析模型的結(jié)構(gòu)、 大小和凹圓角的半徑等。 模型的大小決定了開粗使用多大的刀具， 模型的結(jié)構(gòu)決定了 是否需要拆銅公或線切割加工，圓角半徑的大小決定了精加工時需要使用多大的刀清角。打開光盤中的 ExampleCh01dengzao.prt 文件，如圖 1-18 所示。圖 1-18 dengzao.prt 模型1分析模型大小及加工深度1）使用分析 /測量距離2）使用分析 /測量距離/長度命令測得模型的大小為100mm x 100mm,如圖1-19所示。/投影距離命令測得模型的最大加工深度為40mm，如圖1-20所示。圖 1-19測量大小圖 1-20 測量加工深度1-21 所示。2分析

18、模型圓角半徑使用分析 /幾何屬性 /動態(tài)命令分析模型中凹的圓角半徑，如圖移動光標 到此位置移動光標 到此位置圖1-21分析圓角半徑3 分析結(jié)論(1) 模型中沒有任何部位需要電火花加工。(2) 根據(jù)模型的大小使用D30R5的飛刀進行開粗。(3) 根據(jù)模型中的最小半徑和加工深度使用R2.5的球刀進行清角。1.3.2掌握模具加工中哪些部位需要拆銅公作為一名編程工程師，必須要清楚模具中哪些部位需要拆銅公。下面以圖表的方式詳細介紹模具中哪些部位需要拆銅公, 如表1-7所示。需要拆銅公的部位銅公圖模具中存在直角或尖角的部位圓角位太深 且所在位置 狹窄由曲面與直 壁或斜壁組 成的角位模具結(jié)構(gòu)中 存在較深且

19、窄的部位編程員小結(jié):僅供個人參考除了以上的情況需要拆銅公外，一些因表面精度和粗糙度要求特別高的部分，使用普通的數(shù)控加工難以達到要求時，應在客戶的要求下使用電火花加工。1.4培養(yǎng)良好的UG編程習慣培養(yǎng)良好的UG編程習慣非常重要，這樣可以大大減少操作錯誤。由于UG編程需要設(shè)置很多參數(shù)，為了不漏設(shè)參數(shù)，應該按照一定的順序進行設(shè)置。（1）按Ctrl+Alt+M組合鍵，彈出加工環(huán)境 對話框，選擇mill_contour的方式，然后單擊潮姑丸】按鈕進入編程主界面。 （2 ）在編程界面的左側(cè)單擊操作導航器區(qū)按鈕，然后單擊固定曰按鈕固定導航器。（3）設(shè)置加工坐標和安全高度。在操作導航器中的空白處單擊鼠標右鍵，

20、接著在彈出的快捷菜單中選擇幾何視圖 命令進入幾何視圖，然后雙擊圖標設(shè)置加工坐標和安全高度，如圖1-22所示。設(shè)置加工坐標為工件坐標設(shè)置安全距離圖1-22設(shè)置加工坐標和安全高度（4） 設(shè)置部件。在操作導航器中雙擊屮汀一圖標，彈出Mill Geom對話框，如圖1-23（ a）所示。單擊指定部件：吃按鈕，彈出部件幾何體對話框，如圖 1-23 （ b）所示。在部件幾何體對話框中單擊-按鈕，然后單擊按鈕。（5） 設(shè)置毛坯。在 Mill Geom對話框中單擊指定毛坯巒按鈕，彈出毛坯幾何體對話框，如圖1-24所示。在毛坯幾何體對話框中選中“自動塊”單選按鈕，然后單擊鬧二 按鈕兩次。（6）設(shè)置粗加工、半精加工

21、和精加工的公差。在操作導航器中的空白處單擊鼠標右鍵，接著在彈出的快捷菜單中選擇加工方法視圖命令。雙擊罔刖如汕圖標，彈出 Mill Method對話框，然后設(shè)置如圖1-25所示的參數(shù)；雙擊- Jiw圖標，彈出Mill Method對話框，然后設(shè)置如圖1-26所示的參數(shù)；雙擊 心-、.iz圖標，彈出Mill Method對話框，然后設(shè)置如圖1-27所示的參數(shù)。（a）（b）圖1-23設(shè)置部件圖1-24設(shè)置毛坯圖1-25 設(shè)置粗加工公差圖1-26 設(shè)置半精加工公差圖1-27 設(shè)置精加工公差(7) 創(chuàng)建刀具。如果需要創(chuàng)建 D30R5的飛刀，則在加工創(chuàng)建工具條中單擊創(chuàng)建刀具E2按鈕，彈出創(chuàng)建刀具對話框。在

22、該對話框的名稱文本框中輸入“ D30R5 ”，接著單擊尹寫=按鈕，彈出M illing Tool-5 Parameters對話框，如 圖1-28所示。在直徑文本框中輸入“30”，底圓角半徑文本框中輸入“ 5”，然后單擊帀廠i按鈕。創(chuàng)建完一把刀具后，還需繼續(xù)把加工工件所要用的所有刀具都創(chuàng)建出來。圖1-28創(chuàng)建刀具（8）在操作導航器中的空白處單擊鼠標右鍵，接著在彈出的快捷菜單中選擇程序順序視圖命令。（9） 創(chuàng)建程序組。在加工創(chuàng)建工具條中單擊創(chuàng)建程序gj按鈕，彈出創(chuàng)建程序?qū)υ捒颍鐖D1-29所示。在名稱文本框中輸入程序名稱，如“R1 ”等，然后單擊頑匸 按鈕兩次。本人習慣以粗加工、半精加工和精加工開

23、頭的第一個英語字母為程序組名稱，如第一次粗加工的程序名稱為R1，第二次粗加工的程序名稱為R2 ;第一次半精加工的程序名稱為S1，第二次半精加工的程序名稱為S2 ;第一次精加工的程序名稱為F1，第二次精加工的程序名稱為F2。（10 ）創(chuàng)建操作。在加工創(chuàng)建工具條中單擊創(chuàng)建操作13按鈕，彈出創(chuàng)建操作對話框，然后在該對話框中設(shè)置類型、操作子類型、程序、刀具、幾何體和加工方法。（11 ）設(shè)置參數(shù)。設(shè)置參數(shù)時應該按照順序從上往下進行設(shè)置，如圖1-30所示的型腔銃對話框，首先應該指定切削區(qū)域（選擇加工面）和指定修剪邊界，接著選擇切削模式，設(shè)置步進的百分比、全局每刀深度，然后設(shè)置切削參數(shù)、非切 削移動參數(shù)、進給和速度等。圖1-29 創(chuàng)建程序