什么是数控(学习数控的主要科目是什么？)

第1章:准备和知识

1.1本章的知识要点和学习方法

本章根据初学者学习UG数控编程时的常见顾虑，回答以下问题:

数控系统的基本概念。

数控程序代码的含义

数控编程技术的发展趋势

模具编程器的编程过程和塑料模具的制造过程

给初学者的建议。

这一章是基础，内容多而复杂。新手刚开始学的时候不用完全理解。理解主要内容后，再学习其他后续内容，以后还有空。再读一遍这一章，加深你的理解。

1.2数控加工的基础知识

1.2.1数控的基本含义

小问题:什么是CNC？什么是电脑锣？你对数控有什么了解？

CNC是英文Computer Numberical Control的缩写，意为“计算机数据控制”，简单来说就是“数控加工”。在珠三角地区，人们称之为“电脑宫”。

数控加工是当今机械制造业的先进加工技术，是一种高效率、高精度、高柔性的自动化加工方法。它是将待加工工件的数控程序输入机床，机床在这些数据的控制下自动加工出符合人的意愿的工件，从而生产出奇妙的产品，从而将艺术家的想象变成现实的商品。数控加工技术能有效解决模具等复杂、精密、多变的加工问题，完全满足现代化生产的需要。大力发展数控加工技术已经成为我国加快经济发展、提高自主创新能力的重要途径。目前，数控机床在我国的应用越来越广泛。掌握数控机床的编程是充分发挥其功能的重要途径。世界上急需大量这样的人才。所以，学好这项技术是很有用的。

本书旨在帮助读者学会使用自动编程软件UG编制数控程序。

本书由UG NX6中文版编写，介绍了NX7新版本在数控编程方面的改进功能。

以回答学生学习UG数控编程普遍关心的问题为线索，讲解数控加工的原理、UG软件的特点以及模具室程序员的实际编程过程。通过案例分析和讲解，帮助读者把握重点，有效攻克技术难关，尽快适应工作岗位。

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1.2.2数控机床的工作原理

数控机床是如何工作的？如何用CNC加工模具？

一般来说，数控机床由机床本体、数控系统(数控系统是数控机床的核心和专用计算机)、驱动装置和辅助装置组成。数控系统的基本功能包括输入功能、插补功能和伺服控制。其工作过程是:通过输入功能接收到数控程序后，结合操作者在面板上已经设定好的对刀参数、控制参数、补偿参数等数据，进行解码，进行逻辑运算，转换成一系列逻辑电信号，从而发出相应的命令脉冲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。

在模具设计器中根据客户的产品图纸设计出3D模具(也叫分模)后，需要对模具图档进行数控编程。确定刀具尺寸和切削进给方式后，可以用UG编制数控程序。这个数控程序是一个文本文件，其中包含机床可以识别的代码。操作人员在收到程序清单和NC程序后，必须按要求将工件夹紧在数控机床的工作台上，将刀具安装在主轴上，按要求调整刀具，在机床的面板中设置刀具调整参数，根据机床的具体情况修改个别指令，然后将NC程序通过网络d NC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，其他冷却系统同步工作，这样在执行了一个又一个程序后，就加工出了模具。

1.2.3数控加工工艺的特点

小问题:数控加工技术的独特之处是什么？

数控加工工艺是机械加工的一种，也遵守机械加工的切削规律，和普通机床的切削规律大致相同。因为是将计算机控制技术应用于机械加工的自动化加工，所以具有加工效率高、精度高的特点。加工工艺有其独特性，工序复杂，工序安排细致周密。

数控加工工艺包括刀具的选择、切削参数的确定和进给工艺路线的设计。数控加工工艺是数控编程的基础和核心。只有合理的工艺才能编制出高效率、高质量的数控序列。衡量数控程序质量的标准是:最少的加工时间、最少的刀具损耗和最好的工件。

数控加工过程是工件整体加工过程的一部分，甚至是一个工序。只有与其他前后工序配合，才能最终满足整机或模具的装配要求，才能加工出合格的零件。

数控加工工序一般分为粗加工、中粗倒角、半精加工和精加工。

粗加工时，尽量使用较大的刀具，在机床功率或刀具能承受的范围内，以较大的切削量，尽可能快地切除大量工件材料。为了防止粗加工时工件因切削振动而松动，粗加工后应及时检查仪表，必要时应重新调整刀具。粗加工后可以用激光刀精加工基准面，为后面的校准检查做准备。对于复杂型腔的工件，由于粗加工用的是大刀具，边角处留有大量余量，必须用较小的刀具进行二次粗加工或倒角。为了减少刀具损耗，在加工面积比较大的情况下可以进行半精加工。为了防止过切，每一步必须留有足够的余量，最后进行精加工。一般情况下，在机床上试着检验一下，合格后拆下来，然后准备下一步加工。

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1.2.4数控工具的选择和购买

常用的数控刀具有哪些？如何选择工具？

1.数控工具类型

常用的数控铣刀按形状分为平底刀、圆头刀和球头刀。

(1)平底刀

平底刀，也称为平刀或端铣刀，周围有主切削刃，底部有辅助切削刃。可用于粗加工和倒角，精加工侧面平面和水平面。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和ED0.5等。是e End Mill的第一个字母；d代表切削刃直径。

一般情况下，粗加工时尽量选择直径较大的刀，装刀尽量短，保证足够的刚性，避免弹刀。在选择刀具时，应根据加工区域确定最短的刀片长度和直线部分长度，并选择最适合本公司的刀具。

如果边坡叫坡刀，可以完成坡面。

(2)圆头刀

圆鼻刀又称平底R刀，可用于粗切、平面激光刀、曲面激光刀。一般角半径为R0.1~ R8。一般来说，有整体刀柄和刀片。带刀粒的圆鼻刀，也叫“飞刀”，主要用于大面积粗加工和水平光刀。常用的有ED30R5、ED25R5、ED16R0.8、ED12R0.8和ED12R0.4等。飞刀粗加工尽量选择大刀。加工较深区域时，应先缩短刀具长度加工较浅区域，再加长刀具长度加工较深区域，这样既能提高效率，又不会切得太多。

(3)球形刀

球刀也叫R刀，主要用于曲面的光刀和光刀。常用的球刀有BD16R8，BD12R6，BD10R5，BD8R4，BD6R3，BD5R2.5(常用于加工转轮)，BD4R2，BD2R1，BD1.5R0，75和BD1R0.5 B是球磨机的首字母。

一般情况下，需要通过测量被加工图形的内圆半径来确定精加工时使用的刀具，尽量选择大刀光刀和小刀补刀。

2.工具材料

在金属切削中，刀具材料即切削部分要承受很大的切削力和冲击力，受到工件和切屑的剧烈摩擦，导致切削温度很高。其切割性能必须具备以下几个方面。

(1)高硬度:HRC62以上，至少高于被加工材料的硬度。

(2)耐磨性高:一般材料越硬，组织中碳越多，颗粒越细，分布越均匀，耐磨性越高。

(3)足够的强度和韧性。

(4)高耐热性。

(5)良好的导热性。

(6)良好的工艺性和经济性。

为了满足上述要求，目前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)涂层工具，如TiC、TiN和Al 2O3。

(5)陶瓷刀具。在高温下仍能承受高切削速度。

(6)超硬刀具材料。

3.刀具的选择

目前，大多数切割工具已经商品化和标准化。采购时要索取刀具公司的规格图集，根据本厂的加工条件选择耐用度高的刀具，以保证最佳的经济效益。如果我们厂的产品变化不大，那么刀具的种类就越少越好，越精密越好。

1.3数控编程基础

1.3.1数控编程的功能

为什么要写数控程序？

由于数控机床是自动机床，在加工时，根据工件图样和加工工艺的要求，将所用刀具和部件的运动数量、速度和动作顺序、主轴转速、主轴旋转方向、刀具夹紧、刀具松开和冷却操作，以规定的数控代码形式编制成程序清单，输入机床专用计算机。然后，数控系统根据输入的指令进行编译、计算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制各部分按照规定的位移和有序动作加工各种不同形状的工件。因此，编程对数控机床的有效性有很大的影响。

1.3.2数控程序标准

数控程序是什么样的？

数控机床必须将代表各种功能的指令代码以程序的形式输入到数控装置中，由数控装置进行运算处理，然后发出脉冲信号控制数控机床各运动部件的运转，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。中国采用ISO代码。

1.3.3加工坐标系和机械坐标系

加工坐标系和机械坐标系是一回事吗？

大多数立式数控加工中心或数控机床规定，假设工作台不动，操作者站在机床前面观察刀具运动，刀具右轴为X轴，内轴为Y轴，上轴为Z轴，都是右手笛卡尔坐标系。机床各轴在一个固定点回零，这个点就是机床的机械零点。

编程时，工件方便对中位置确定的零点为编程零点。模具厂的工件，由于开始加工

毛坯多为长方体，一般零点选在工件的对称中心，也称“四边等分”的位置，即X轴和Y轴。

零点和z值大多设置在最高的表面。

程序代码

在许多机床系统中，常用的数控程序代码是g代码。以下是FANUC系统中最常用和最重要的指令。

1.运动指令

(1) G90是绝对值编程，G91是相对值编程。

(2) G00是指刀具以机床设定的固定速度快速移动，也可以写成G0。

如果刀具从A(3.0，6.0，0.0)移动到B(10.0，12.0，0.0)，程序为N01 G90 G00 X10.0 Y12.0 Z0或N01g91G00X7.0Y6.0Z0

需要指出的是，该程序不能用于切削，只能用于快速退刀，而且根据F值不是直线AB，而是折线ACB，如图1-1所示。

图1-1 ACB沿快速移动

注意:正因为G00不像电脑上显示的走直线，所以编程时的安全换刀高度要足够高，否则实际加工时可能会出现过切，但电脑查不出来。

(3) G01是以指定速度的直线运动，也可以写成G1。

如果刀具从A点(3.0，6.0，0.0)移动到B点(10.0，12.0，0.0)，程序为N01 G90 G01 X10.0 Y12.0 Z0 F500或N01 G01 G91 X7.0 Y6.0 Z0 F500。N01表示程序段号，可以省略，F500表示进给速度，每分钟500mm。

(4) G02为顺时针圆弧，G03为逆时针圆弧，也可以写成G2或G3。

如图1-2所示，在XY平面上，如果刀具沿圆弧从A点(3.0，6.0，0.0)顺时针走到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G90G02x10.0y10

图1-2圆弧运动

如果刀具沿圆弧逆时针从B点(10.0，12.0，0.0)到A点(3.0，6.0，0.0)，半径为6.0。

圆心是C2(8.999，6.084，0)，那么程序就是G90 G03 X3.0 Y6.0 R6.0或者G90G03x3.0Y6.0I-1.001J-5.916。r代表圆弧的半径，I，J，K是圆心相对于起点的相对坐标。

这些都是模态指令。如果已经指定了前面的程序段，如果相同，则可以省略这篇文章。

知识拓展:有些机床的R指令可能是无模式的，所以不能轻易省略NC程序。我J，

k是圆心的绝对坐标值，所以上述NC程序无法正常运行。第一次接触新机床要注意这些问题。

2.坐标系设置

一般有6个G54~ G59，但有些新机床可以扩展到G540~G599。

3.补偿说明

G41是左补偿，G42是右补偿。沿刀具前进方向看，刀具在加工路径的左侧，称为左补偿。

否则，权利赔偿。G40是取消补偿。G43是刀具长度补偿，G49是长度补偿取消。

4.辅助功能

M00是程序暂停，也可以写成M00。

M01是操作暂停，也可以写成M1。

M02是程序停止，也可以写成M2。

M03是刀具的正转，也可以写成M3。

M05是指刀具停转，也可以写成M5。

M06是换刀，也可以写成M6。在加工中心中，刀具应根据在刀架中的排列位置来确定。

第1章准备知识7

刀号如T5 M06，表示先选择T5刀，然后用机械手把刀装在刀轴上。

M08是开式冷却油，也可以写成M8。

M09是冷却油，也可以写成M9。

M30是程序的结尾，纸带倒回或程序返回到开始。注意:有些机床在同一语句中只需要一条语句。

m指令，最后一个没用。为了安全起见，要添加的M指令可以分成不同的NC语句。

其他不常用的代码就不介绍了。如果在以后的工作中需要它们，请参考机床手册。

程序示例

任务:将模具加工成图1-3所示的形状。

ED8平底刀加工的刀具轨迹是1→ 2→ 3→ 4，11。首先，数学计算每个节点的坐标。

和圆弧半径，然后根据g代码的规律，编制出各直线或圆弧段的数控程序，如图1-4所示。

图1-3待加工图形图1-4加工路线图形

编程的程序是刀具中心轨迹，如下(斜体是NC程序语句的解释):

%(程序开始符号)

O001(程序编号。如果采用DNC传输，可以省略)

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

N0020 G91 G28 Z0.0(机床返回参考点，G91相对值编程，G28返回机械零点方便换刀)

:0030 T01 M06(更换刀具，自动将1号刀具安装到主轴上。该功能仅对加工中心有用。对于普通数控铣床，本节和上一节由操作者删除)

n 0040g 0 g54x 19.343y 48.2200m 03(G0刀具以G54为零点快速移动到1 (19.3431，48.0)，m03主轴正转，速度为S2200/ min)

N0050 G43 Z10。H01 (G43长度补偿，H01长度补偿值，同时它迅速下降到Z10的位置。如果省略XY，它将不会在XY方向上移动。如果第一次加工需要添加G01 F2000，操作员可以通过调节放大开关，按可控进给速度F2000的百分比降低刀具)

N0060 Z3。

N0070 G1 Z0.0 F1250M08 (M08开启冷却油，按下进料F1250)

N0080 G3 X25。Y44。I5.657 J2。(逆时针旋转圆弧进给至2°)

G1 X38号公路0090号。(将直线切割成3)

8工厂数控编程技术实例专项实训(UG NX6版)

N0100 G2 X54。Y28。I0.0 J-16。(圆弧4时切割沿)

G1 Y12街110号。(将直线切割成5)

N0120 G2 X38。Y-4。16号州际公路。J0.0(沿圆弧切割时为6)

G1 X12街130号。(将直线切割成7)

N0140 G2 X-4。Y12。I0.0 J16。(当沿圆弧切割至8°时)

G1 Y28街0150号。(将直线切割成9)

N0160 G2 X12。Y44。I16。J0.0(沿圆弧切割至10°时)

0170g1x25。(将直线切割为2)

N0180G3 x30.657Y48.i0.0J6 .(切至11)

G1 Z3街190号。(慢慢将刀具提升到Z3.0，省略XY表示不会在XY方向移动)

N0200 G0 Z10。(快速工具提升至Z10.0)

N0210 M02(程序结束)

%(程序结束符号)

手工编程时，根据图纸计算每个原始图形的端点坐标，根据图纸轮廓编程。在程序中添加G41(左补偿)或G42(右补偿)指令，加工时在机床控制面板的补偿值中输入作为最终补偿值参数的刀具半径。可以用解析几何的方法计算出各个节点和圆弧的参数，也可以在AutoCAD或其他软件中调出电子工程图，直接测出点坐标、圆弧半径或中心坐标的数据。

手工编程多用于2D平面编程，而对于三维数控程序，尤其是自由曲面，必须使用高级算法编程语言，如Fortran、C语言等，在等距曲面上计算数模刀具的中心点，然后安排切削路径，最后输出生成数控程序。这些就相当于开发一个UG之类的数控编程软件，繁琐复杂。

随着技术的发展，现在的数控程序员只需要理解数控代码的含义，就可以使用UG等软件的数控编程功能，这样就可以完成数控编程工作，而不用过多考虑软件的计算原理和过程。

编程软件介绍

如何用小问题编译一个复杂的程序？有哪些节目？哪个好用？

随着技术的发展，3D数控编程很少使用手工编程，而是使用商用CAD/CAM软件。CAD/CAM是计算机辅助编程系统的核心。其主要功能包括数据输入/输出、加工轨迹计算与编辑、工艺参数设置、加工仿真、数控程序后置处理和数据管理等。

目前国内有Mastercam、UG、Cimatron、PowerMILL、CAXA等功能强大的数控编程软件深受用户欢迎。每个软件的原理、图形处理方法和数控编程的处理方法都是相似的，但每个软件都有自己的特点。因为每一种软件都不是完美的，用户不仅要学习它的长处，还要深刻理解它的短处，这样才能运用自如。

Mastercam是美国CNC软件公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。最新版本是Mastercam X4，其优点如下:

第1章准备知识9

(1) R&D团队拥有开发处理功能的悠久历史。

(2)软件能及时推出各种新的处理功能。

(3)软件对系统运行环境要求低。

(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的关键技术之一。

(5)利用Mastercam的通讯功能进行通讯，不考虑机床内存不足的问题。大量实践表明，Mastercam软件是一款非常好的CAD/CAM软件，方便对复杂零件的加工进行编程，能够实时模拟加工过程，真实反映加工过程中的实际情况。

缺点:绘图功能不如UG、Pro/E、SolidWorks强大；新功能有时不稳定。

Cimatron是世界著名的CAD/CAM软件，由以色列Cimatron软件有限公司开发，为模具制造业提供全面的解决方案。Cimatron软件产品是一个集成的CAD/CAM产品。在统一的系统环境下，使用统一的数据库，用户可以完成产品结构设计、零件设计，并输出设计图纸。根据零件的三维模型，可以进行手动或自动分模，然后进行凹凸模的自动数控加工，输出数控代码进行加工。

优点:基于知识的处理；基于毛坯余量的机械加工:实现完整意义上的刀具载荷分析和速度调整优化；功能完善、安全高效的高速铣削。不足之处是模具加工中的自动化功能有待提高和发展。

PowerMILL是世界领先的独立运行的CAM系统，是Delcam的核心多轴加工产品。

PowerMILL可以通过IGES、VDA、STL和许多不同的专用直接接口从任何CAD系统接收数据。

优点是刀具轨迹稳定；五轴高速加工功能强大；计算速度快，也为用户提供了很大的灵活性。缺点是不方便添加辅助线或面。

CAXA是计算机辅助x联盟(computer aided x alliance)的简称——永远领先一步(x:技术、产品、解决方案和服务)，是联盟合作的领先计算机辅助技术和服务。依托北航空航空航天大学的科研实力，是北航海尔在国内开发的第一款CAD产品。这是中国人的骄傲。它的优点是按照中国人的思维和界面设计软件，易学易用。缺点是知名度不高。

本书主要介绍了UG软件在模具数控编程中的应用，帮助读者学会使用UG进行数控编程，并努力在实际工作中使用，提高自身价值。

1.3.7典型数控机床控制面板介绍

作为一个数控程序员，首先你要知道你的程序是怎么工作的，所以学习某一类数控机床的操作是很有必要的。如果有条件，最好能正确操作机器到一定水平，再学习数控编程，这样程序才能实用。

常用的典型数控系统是FANUC(日本)和西门子。

(德国)，法戈尔

(西班牙)，海德汉

(德国)、三菱(日本)等公司的数控系统及相关产品，在数控行业占主导地位。中国数控产品以华中数控、航天数控为代表，高性能数控系统也实现产业化。

图1-5显示了FANUC系统的控制面板。

10工厂数控编程技术实例专项培训(UG NX6版)

图1-5控制面板

其中，各功能键的作用如下。

(1)位置功能键POS:在CRT上显示当前位置的坐标值。

(2)程序功能键PRGRM

:在编辑模式下，编辑并显示内存；手动数据输入(MDI)模式方便用户手动输入数控指令；在自动模式(AOTO)下，显示程序和指令。

(3)刀具补偿功能键菜单/OF SET

:坐标系、补偿量和变量的设置和显示，包括G54、G55等工件坐标系、刀具补偿量和R变量的设置等。

④参数设置功能键OPR/ALARM

:CRT操作面板上的显示和报警显示。

(5)图形功能键AUX/GRAPH

:结合扩展功能软键，可以进入动态刀轨显示、坐标显示、刀轨模拟等相关功能。

1.3.8数控机床的操作要领和注意事项

下面以图1-6所示的典型数控铣床的机床操作面板为例说明操作要领。

图1-6操作面板

(1)通电。检查所有电表、气压计和油水表是否正常。如果没有问题，按下电源按钮打开电源。几秒钟后，机床将自检，CRT将显示坐标。如果有报警信息，先自己分析排除。如果无法解决，立即上报上级，进行专业处理。如果正常，进行下一步操作。

(2)手动或自动使机床回到参考零点，以使机床正常运转。

(3)分析数控程序清单，对比编程图形，了解整体进给情况、对刀方式、夹紧方式；准备刀具、量具和夹具；根据需要将工件夹紧在机床上。

(4)工件定心找正，将工件坐标系零点的机械值输入G54、G55等存储器。

(5)安装刀具调整刀具，输入长度补偿值到H值。

第1章准备知识11

(6)复制NC程序，根据已有的刀号和补偿号修改程序的头尾。

(7)打开高压鼓风。

(8)在DNC状态下，NC程序通过DNC网络传输。

(9)刚开始，慢慢喂。当刀具切入工件时，在切削平稳正常的情况下，将进给比开关调整到正常速度。转动速度开关，使声音响亮，切割平稳。根据要求，确定合适的速度S和进给量F，使每片刀片的切削量满足合理高效的要求。

(10)如果加工钢件，粗加工时要密切注意刀具颗粒的磨损程度，发现问题要及时调整或更换。

(11)要清楚自己使用的机床精度、刀具旋转精度和加工误差，并与程序员密切沟通，给激光刀留足余量。

(12)加工完成后，根据编程图在机床上测量。如果不合格，分析原因。需要重新编程或通过调整编程余量或调整补偿数重新编程，直到合格。合格后才能拆除。清理机床，准备加工下一块。