加工中心零基础数控编程知识分享

第1章 UG编程的要求及准备工作

要想成为一名合格甚至优秀的编程工程师，除了熟练掌握软件的操作外，还需要掌握数控加工工艺知识和模具结构知识，熟悉刀具、数控设备的使用和一些特殊模具结构的工艺要求等。本章重点介绍编程工程师应该具备的素质和数控编程常遇到的问题及解决方法。

1.1 编程工程师应具备的素质

作为一名数控编程工程师，首先需要对数控铣刀和数控机床的使用非常熟悉，否则一切将是纸上谈兵。编程前，首先要对模型进行分析，如模具的加工需要使用哪些设备，哪些部位数控加工不到而需要拆铜公，应使用多大的刀进行开粗，多大的刀进行精加工（精光），刀具是否足够长或刚度是否达到要求等。

1.1.1 刀具的认识与选择1．刀具的认识

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要连接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：①整体式；②镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；③ 特殊型式，如复合式刀具、减振式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：①高速钢刀具；②硬质合金刀具；③金刚石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。

数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：① 刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；

②互换性好，便于快速换刀；

③ 寿命高，切削性能稳定、可靠；

④ 刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；

⑤ 刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；

⑥系列化、标准化，以利于编程和刀具 管理。

数控铣刀从形状上主要分为平底刀（端铣刀）、圆鼻刀和球刀，如图1-1所示。从刀具材料和使用性能上主要分为白钢刀、飞刀和合金刀。在工厂实际加工中，最常用的刀具有D63R6、D50R5、D35R5、D32R5、D30R5、D25R5、D20R0.8、D17R0.8、D13R0.8、D12、D10、D8、D6、R5、R4、R3、R2.5、R2、R1.5、R1和R0.5等。

（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。其缺点是刀尖容易磨损，影响加工精度。

（2）圆鼻刀：主要用于模胚的粗加工、平面精加工和侧面精加工，特别适用于材料硬度高的模具加工，开粗时优先选择圆鼻刀。

（3）球刀：主要用于非平面的半精加工和精加工。

2．刀具的选择

在数控加工中，刀具的选择直接关系到加工精度的高低、加工表面质量的优劣和加工效率的高低。选择合适的刀具并设置合理的切削参数，将可以使数控加工以最低的成本和最短的时间达到最佳的加工质量。总之，刀具选择的总原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的 刚性。

选择刀具时，要使刀具的尺寸与模胚的加工尺寸相适应。如模胚的尺寸是80×80，则应该选择D25R5或D16R0.8等刀具进行开粗；如模胚的尺寸大于100×100，则应该选择D30R5、D32R5或D35R5的飞刀进行开粗；如模胚的尺寸大于300×300，则应该选择直径大于D35R5的飞刀进行开粗，如D50R5或D63R6等。另外，刀具的选择还要考虑机床的功率，如功率小的数控铣床或加工中心，则不能装大于D50R5的刀具。

在实际加工中，常选择立铣刀加工平面零件轮廓的周边，选择高速钢立铣刀（白钢刀）加工如直的凸台、凹槽，选择镶硬质合金刀片的玉米铣刀加工毛坯的表面，选择球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀加工一些立体型面和变斜角轮廓外形。

除了刀具的选择外，刀具的参数设置同样非常重要。表1-1、表1-2和表1-3分别列出了白钢刀、飞刀和合金刀的参数设置。

1）合金刀刚性好，不易产生弹刀，用于精加工模具的效果最好。

（2）合金刀和白钢刀一样有侧刃，精铣铜公直壁时往往使用其侧刃。

1.1.2 数控设备的认识与使用

模具加工中，常用的数控设备有数控铣床、加工中心（数控铣床和加工中心统称为电脑锣）、火花机和线切割机等，如图1-3所示。

电脑锣主要由机身、工作台、主轴、面板和夹具等组成。加工中心与数控铣床的最大区别就是加工中心具有自动换刀装置，能极大地提高加工效率。在电脑锣上装上刀具，对好刀后就可启动机床切削工件了。电脑锣工作时，主轴转动，工件台带动装夹在工作台上的工作沿X轴、Y轴、Z轴或非平面运动。

但并非所有的模具都能由电脑锣直接完全加工出来，有时还需要火花机或线切割机。如图1-4所示的模具，由于某些部位用电脑锣无法加工出来，故需要使用火花机进行加工。如图1-5所示的模具，为了提高生产效率，也需要使用线切割机进行加工。

1.1.3 模具结构的认识

编程者必须对模具结构有一定的认识，如模具中的前模（型腔）、后模（型芯）、行位（滑块）、斜顶、枕位、碰穿面、擦穿面和流道等。一般情况下前模的加工要求比后模的加工要求高，所以前模面必须加工得非常准确和光亮，该清的角一定要清；但后模的加工就有所不同，有时有些角不一定需要清得很干净，表面也不需要很光亮。另外，模具中一些特殊部位的加工工艺要求不相同，如模具中的角位需要留0.02mm的余量待打磨师傅打磨；前模中的碰穿面、擦穿面需要留0.05mm的余量用于试模。

如图1-6所示列出了模具中的一些常见结构。

1.2 数控编程常遇到的问题及解决方法

在数控编程中，常遇到的问题有撞刀、弹刀、过切、漏加工、多余的加工、空刀过多、提刀过多和刀路凌乱等问题，这也是编程初学者急需解决的重要问题。

1.2.1 撞刀

撞刀是指刀具的切削量过大，除了切削刃外，刀杆也撞到了工件。造成撞刀的原因主要是安全高度设置不合理或根本没设置安全高度、选择的加工方式不当、刀具使用不当和二次开粗时余量的设置比第一次开粗设置的余量小等。

下面以图表的方式讲述撞刀的原因及其解决方法，如表1-4所示。

1.2 数控编程常遇到的问题及解决方法

在数控编程中，常遇到的问题有撞刀、弹刀、过切、漏加工、多余的加工、空刀过多、提刀过多和刀路凌乱等问题，这也是编程初学者急需解决的重要问题。

1.2.1 撞刀

撞刀是指刀具的切削量过大，除了切削刃外，刀杆也撞到了工件。造成撞刀的原因主要是安全高度设置不合理或根本没设置安全高度、选择的加工方式不当、刀具使用不当和二次开粗时余量的设置比第一次开粗设置的余量小等。

下面以图表的方式讲述撞刀的原因及其解决方法，如表1-4所示。

1.2.4 漏加工

漏加工是指模具中存在一些刀具能加工到的地方却没有加工，其中平面中的转角处是最容易漏加工的，如图1-8所示。

类似于图1-8所示的模型，为了提高加工效率，一般会使用较大的平底刀或圆鼻刀进行光平面，当转角半径小于刀具半径时，则转角处就会留下余量，如图1-9所示。为了清除转角处的余量，应使用球刀在转角处补加刀路，如图1-10所示。

1.2.5 多余的加工

多余的加工是指对于刀具加工不到的地方或电火花加工的部位进行加工，它多发生在精加工或半精加工。

有些模具的重要部位或者普通数控加工不能加工的部位都需要进行电火花加工，所以在开粗或半精加工完成后，这些部位就无须再使用刀具进行精加工，否则就是浪费时间或者造成过切。如图1-11和图1-12所示的模具部位就无须进行精加工。

1.2.6 空刀过多

空刀是指刀具在加工时没有切削到工件，当空刀过多时则浪费时间。产生空刀的原因多是加工方式选择不当、加工参数设置不当、已加工的部位所剩的余量不明确和大面积进行加工，其中选择大面积的范围进行加工最容易产生空刀。

为避免产生过多的空刀，在编程前应详细分析加工模型，确定多个加工区域。编程总脉络是开粗用铣腔型刀路，半精加工或精加工平面用平面铣刀路，陡峭的区域用等高轮廓铣刀路，平缓区域用固定轴轮廓铣刀路。

如图1-13所示的模型，半精加工时不能选择所有的曲面进行等高轮廓铣加工，否则将产生过多空刀。