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1、CNC的基本含義

小疑問---什么是CNC？什么是電腦鑼？學(xué)CNC主要學(xué)什么？

CNC是英文Computer Numberical Control的縮寫，意思是“計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)控制”，簡(jiǎn)單地說就是“數(shù)控加工”，在珠江三角洲地區(qū)，人們稱為“電腦鑼”。

數(shù)控加工是當(dāng)今機(jī)械制造中的先進(jìn)加工技術(shù)，是一種具有高效率、高精度與高柔性特點(diǎn)的自動(dòng)化加工方法。它是將要加工工件的數(shù)控程序輸入給機(jī)床，機(jī)床在這些數(shù)據(jù)的控制下自動(dòng)加工出符合人們意愿的工件，以制造出美妙的產(chǎn)品，這樣就可以把藝術(shù)家的想象變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的商品。數(shù)控加工技術(shù)可有效解決像模具這樣復(fù)雜、精密、小批多變的加工問題，充分適應(yīng)了現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。大力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)已成為我國(guó)加速發(fā)展經(jīng)濟(jì)、提高自主創(chuàng)新能力的重要途徑。

目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床使用越來越普遍，能熟練掌握數(shù)控機(jī)床編程，是充分發(fā)揮其功能的重要途徑。社會(huì)上急需一大批這樣的人才。因此學(xué)好這門技術(shù)大有用武之地。

2、CNC機(jī)床的工作原理

小疑問---數(shù)控加工機(jī)床如何工作？CNC如何加工模具？

一般來說，數(shù)控機(jī)床由機(jī)床本體、數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，是臺(tái)專用計(jì)算機(jī)）、驅(qū)動(dòng)裝置及輔助裝置等部分組成。而數(shù)控系統(tǒng)的基本功能有輸入功能、插補(bǔ)功能及伺服控制等。它的工作過程是：**輸入功能接收到數(shù)控程序后結(jié)合操作員已經(jīng)在面板上設(shè)定的對(duì)刀參數(shù)、控制參數(shù)和補(bǔ)償參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，并進(jìn)行邏輯運(yùn)算，轉(zhuǎn)化為一系列邏輯電信號(hào)，從而發(fā)出相應(yīng)的指令脈沖來控制機(jī)床的驅(qū)動(dòng)裝置，使機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)，操作機(jī)床實(shí)現(xiàn)預(yù)期的加工功能。

模具設(shè)計(jì)師根據(jù)客戶產(chǎn)品圖，設(shè)計(jì)出3D模具（也叫分模）后，就需要對(duì)模具圖檔進(jìn)行數(shù)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(shù)控程序。這個(gè)數(shù)控程序是個(gè)文本文件，里面是機(jī)床能識(shí)別的代碼。機(jī)床操作員收到程序單及數(shù)控程序后，就要按要求在數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)上裝夾工件，在主軸上裝上刀具，按要求對(duì)刀，在機(jī)床面板中設(shè)定對(duì)刀參數(shù)，根據(jù)機(jī)床的具體情況修改個(gè)別指令后就**網(wǎng)絡(luò)DNC把數(shù)控程序傳給機(jī)床。機(jī)床上的刀具在這些數(shù)控指令的控制下進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)，其他冷卻系統(tǒng)同步工作，這樣一條接著一條的程序都執(zhí)行完，模具就加工出來了。

3、CNC加工工藝的特點(diǎn)

小疑問---CNC數(shù)控加工工藝有何獨(dú)特之處？

CNC數(shù)控加工工藝是機(jī)械加工的一種，也遵守機(jī)械加工切削規(guī)律，與普通機(jī)床的加工工藝大體相同。由于它是把計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械加工之中的一種自動(dòng)化加工，因而具有加工效率高、精度高等特點(diǎn)，加工工藝有其獨(dú)特之處，工序較為復(fù)雜，工步安排較為詳盡周密。

CNC數(shù)控加工工藝包括刀具的選擇、切削參數(shù)的確定及走刀工藝路線的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。CNC數(shù)控加工工藝是數(shù)控編程的基礎(chǔ)及核心，只有工藝合理，才能編出高效率和高質(zhì)量的數(shù)控程序。衡量數(shù)控程序好壞的標(biāo)準(zhǔn)是：**少的加工時(shí)間、**小的刀具損耗及加工出**效果的工件。

數(shù)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**終滿足整體機(jī)器或模具的裝配要求，這樣才能加工出合格的零件。

數(shù)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(jī)床功率或刀具能承受的范圍內(nèi)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(shí)的切削振動(dòng)使工件松動(dòng)，在開粗后應(yīng)該及時(shí)校表檢查，必要時(shí)重新對(duì)刀。可以在開粗后進(jìn)行基準(zhǔn)面的精加工光刀，為以后校表檢查做好準(zhǔn)備。

對(duì)于具有復(fù)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(shí)較小的刀具進(jìn)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(jìn)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，**后進(jìn)行精加工工序。一般情況下，盡量在機(jī)床上檢驗(yàn)，合格后才拆下，再準(zhǔn)備下一件加工。

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(shù)控銑刀具按形狀分為平底刀、圓鼻刀和球刀3種。

（1）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?？梢杂糜陂_粗及清角、精加工側(cè)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**個(gè)字母；D表示切削刃直徑。

一般情況下，開粗時(shí)盡量選較大直徑的刀，裝刀時(shí)盡可能短，以保證有足夠的剛度，避免彈刀。在選擇小刀時(shí)，要結(jié)合被加工區(qū)域，確定**短的刀鋒長(zhǎng)及直身部分長(zhǎng)，選擇本公司現(xiàn)有的**合適的刀。

如果側(cè)面帶斜度叫斜度刀，可以精加工斜面。

（2）圓鼻刀

圓鼻刀也叫平底R(shí)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(qū)域時(shí)，裝刀長(zhǎng)度先裝短加工較淺區(qū)域，再裝長(zhǎng)加工較深區(qū)域，以提高效率且不過切。

（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**個(gè)字母。

一般情況下，要**測(cè)量被加工圖形的內(nèi)圓半徑來確定精加工所用的刀具，盡量選大刀光刀、小刀補(bǔ)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(chǎn)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(xì)、分布越均勻，其耐磨性就越高。

（3）足夠的強(qiáng)度與韌性。

（4）高的耐熱性。

（5）良好的導(dǎo)熱性。

（6）良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。

為了滿足以上要求，現(xiàn)在的數(shù)控刀具一般由以下材料制成：

（1）高速鋼，如WMoAl系列。

（2）硬質(zhì)合金，如YG3等。

（3）新型硬質(zhì)合金，如YG6A。

（4）涂層刀具，如TiC、TiN、Al2O3。

（5）陶瓷刀具。在高溫下仍能承受較高的切削速度。

（6）超硬刀具材料。

3）刀具的選購

現(xiàn)在刀具大多都商品化及標(biāo)準(zhǔn)化，選購時(shí)要索取刀具公司的規(guī)格圖冊(cè)，結(jié)合本廠的加工條件，選擇耐用度高的刀具，以確保**的經(jīng)濟(jì)效益。如果本廠產(chǎn)品變化不大，那么刀具種類應(yīng)盡可能少而精。

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數(shù)控編程基礎(chǔ)

1、編數(shù)控程序的作用

小疑問---為什么要編寫數(shù)控程序？

因?yàn)閿?shù)控機(jī)床是一種自動(dòng)化的機(jī)床，加工時(shí)，是根據(jù)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(dòng)量、速度和動(dòng)作先后順序、主軸轉(zhuǎn)速、主軸旋轉(zhuǎn)方向、刀頭夾緊、刀頭松開及冷卻等操作，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式編成程序單，輸入到機(jī)床專用計(jì)算機(jī)中。然后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號(hào)和指令，控制各部分根據(jù)規(guī)定的位移和有順序的動(dòng)作，加工出各種不同形狀的工件。因此，程序的編制對(duì)于數(shù)控機(jī)床效能的發(fā)揮影響極大。

2、數(shù)控程序標(biāo)準(zhǔn)

小疑問---數(shù)控程序是什么樣子？

數(shù)控機(jī)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(shù)控裝置，由數(shù)控裝置進(jìn)行運(yùn)算處理，然后發(fā)出脈沖信號(hào)來控制數(shù)控機(jī)床的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的操作，從而完成零件的切削加工。

目前數(shù)控程序有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO和美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)的EIA。我國(guó)采用ISO代碼。

3、加工坐標(biāo)系與機(jī)械坐標(biāo)系

小疑問---加工坐標(biāo)系與機(jī)械坐標(biāo)系是一回事嗎？

大部分立式數(shù)控加工中心或數(shù)控機(jī)床規(guī)定：假設(shè)工作臺(tái)不動(dòng)，操作員站在機(jī)床前觀察刀具運(yùn)動(dòng)，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(biāo)系。機(jī)床各軸回零在某固定點(diǎn)上，此點(diǎn)為機(jī)床的機(jī)械零點(diǎn)。

編程時(shí)在工件較方便找正的位置確定的零點(diǎn)為編程零點(diǎn)。模具廠的工件，因開始加工的坯料大多是長(zhǎng)方體，一般零點(diǎn)選在工件的對(duì)稱中心，也叫“四邊分中”的位置，為X、Y軸的零點(diǎn)，Z值大多定在**高面處。

4、程序代碼

在眾多機(jī)床系統(tǒng)中，目前常用的數(shù)控程序代碼是G代碼。以下為FANUC系統(tǒng)指令中**為常用的且重要的指令。

1）運(yùn)動(dòng)指令

（1）G90為絕對(duì)值編程，G91為相對(duì)值編程。

（2）G00為刀具按機(jī)床設(shè)定的固定速度快速移動(dòng)，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?yàn)镹01 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。

圖1-1 沿ACB快速運(yùn)動(dòng)

要注意：正因?yàn)镚00并不像計(jì)算機(jī)里顯示的那樣走直線，所以編程時(shí)移刀的安全高度要足夠高，否則實(shí)際加工中可能出現(xiàn)過切，而計(jì)算機(jī)卻查不出來。

（3）G01為按指定速度做直線運(yùn)動(dòng)，也可寫成G1。

如刀具從A點(diǎn)(3.0,6.0,0.0)走到B點(diǎn)(10.0,12.0,0.0)，則程序?yàn)镹01 G90 G01 X10.0 Y12.0 Z0 F500或N01 G01 G91 X7.0 Y6.0 Z0 F500。N01表示程序段號(hào)，可以省略，F(xiàn)500表示進(jìn)給速度，每分鐘走500mm。

（4）G02為順時(shí)針圓弧，G03為逆時(shí)針圓弧，也可寫成G2或G3。

如圖1-2所示，在XY平面內(nèi)，如刀具從A點(diǎn)(3.0，6.0，0.0)沿圓弧順時(shí)針方向走到B點(diǎn)(10.0,12.0,0.0)，半徑為6.0，圓心為C2(8.999,6.084,0)，則程序?yàn)镚90 G02 X10.0 Y12.0 R6.0或G90 G02 X10.0 Y12.0 I5.999 J0.084。

圖1-2 圓弧運(yùn)動(dòng)

如刀具從B點(diǎn)(10.0,12.0,0.0)沿圓弧逆時(shí)針方向走到A點(diǎn)(3.0,6.0,0.0)，半徑為6.0，圓心為C2(8.999,6.084,0)，則程序?yàn)镚90 G03 X3.0 Y6.0 R6.0或G90 G03 X3.0 Y6.0 I-1.001 J-5.916。R表示圓弧半徑，I、J、K是圓心相對(duì)于起點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)。

這些都是模態(tài)指令，如前一程序段已指定，本條相同則可以省略。

知識(shí)拓展：有些機(jī)床的R指令可能是非模態(tài)，NC程序就不能輕易省略。有些機(jī)床的I、J、K要求是圓心絕對(duì)坐標(biāo)值，則以上的NC程序就不能正常運(yùn)行。剛接觸新機(jī)床要注意這些問題。

2、坐標(biāo)系設(shè)置

G54～G59一般為6個(gè)，但有些新機(jī)床可擴(kuò)展到G540～G599。

3、補(bǔ)償指令

G41為左補(bǔ)償，G42為右補(bǔ)償。沿著刀具前進(jìn)方向看，刀具在加工軌跡的左邊，就稱作左補(bǔ)償，否則為右補(bǔ)償。G40為取消補(bǔ)償。G43為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，G49為取消長(zhǎng)度補(bǔ)償。

4、輔助功能

qM00為程序暫停，也可寫成M0。

qM01為操作暫停，也可寫成M1。

qM02為程序停，也可寫成M2。

qM03為刀具正轉(zhuǎn)，也可寫成M3。

qM05為刀具停轉(zhuǎn)，也可寫成M5。

qM06為換刀，也可寫成M6。在加工中心，刀具要根據(jù)在刀架中的排列位置確定刀號(hào)。如T5 M06，表示先選擇T5刀，再用機(jī)械手將刀裝上刀主軸中。

qM08為開冷卻油，也可寫成M8。

qM09為關(guān)冷卻油，也可寫成M9。

qM30為程序結(jié)束，紙帶倒帶或程序返回開始處。

注意：有些機(jī)床要求同一條語句只能有一個(gè)M指令，**后一個(gè)才起作用。為了保險(xiǎn)起見，可把要加入的M指令分作不同的NC語句。其他不常用的代碼不再介紹，如果今后工作中要用到，可參考機(jī)床說明書。

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