cnc是什么东西（学CNC主要学什么？）

第1章 预 备 知 识

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：

CNC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

模房编程师的编程过程及塑胶模具制造流程

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，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“计算机数据控制百思特网”，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。






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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百思特网互配合，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。






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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，如 TiC 、 TiN、 Al 2O3 。

（ 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， 输出各种信号百思特网和指令， 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。

图 1-1 沿 ACB快速运动

要注意： 正因为 G00并不像计算机里显示的那样走直线，所以编程时移刀的安全高度要足够高，否则实际加工中可能出现过切，而计算机却查不出来。

（ 3） G01为按指定速度做直线运动，也可写成 G1。

如刀具从 A点 (3.0,6.0,0.0) 走到 B点 (10.0,12.0,0.0) ，则程序为 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，每分钟走 500mm。

（ 4） G02为顺时针圆弧， G03为逆时针圆弧，也可写成 G2或G3。

如图 1-2 所示，在 XY平面内，如刀具从 A点 (3.0 ，6.0 ， 0.0) 沿圆弧顺时针方向走到 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 G90 G02 X10.0 Y12.0R6.0 或 G90 G02 X10.0 Y12.0 I5.999 J0.084 。

图 1-2 圆弧运动

如刀具从 B点 (10.0,12.0,0.0) 沿圆弧逆时针方向走到 A点(3.0,6.0,0.0) ，半径为 6.0 ，

圆心为 C2(8.999,6.084,0) ，则程序为 G90 G03 X3.0 Y6.0 R6.0 或 G90 G03 X3.0 Y6.0 I-1.001 J-5.916 。 R表示圆弧半径， I 、 J、 K是圆心相对于起点的相对坐标。

这些都是模态指令，如前一程序段已指定，本条相同则可以省略。

知识拓展： 有些机床的 R指令可能是非模态， NC程序就不能轻易省略。 有些机床的 I 、J、

K要求是圆心绝对坐标值， 则以上的 NC程序就不能正常运行。 刚接触新机床要注意这些问题。

2．坐标系设置

G54～ G59一般为 6个，但有些新机床可扩展到 G540～G599。

3．补偿指令

G41为左补偿， G42为右补偿。 沿着刀具前进方向看， 刀具在加工轨迹的左边， 就称作左补偿，

否则为右补偿。 G40为取消补偿。 G43为刀具长度补偿， G49为取消长度补偿。

4．辅助功能

M00为程序暂停，也可写成 M0。

M01为操作暂停，也可写成 M1。

M02为程序停，也可写成 M2。

M03为刀具正转，也可写成 M3。

M05为刀具停转，也可写成 M5。

M06为换刀，也可写成 M6。在加工中心，刀具要根据在刀架中的排列位置确定

第 1 章 预 备 知 识 7

刀号。如 T5 M06，表示先选择 T5刀，再用机械手将刀装上刀主轴中。

M08为开冷却油，也可写成 M8。

M09为关冷却油，也可写成 M9。

M30为程序结束，纸带倒带或程序返回开始处。要注意：有些机床要求同一条语句只能有一

个M指令，最后一个才起作用。为了保险起见，可把要加入的 M指令分作不同的 NC语句。

其他不常用的代码不再介绍，如果今后工作中要用到，可参考机床说明书。

1.3.5 程序举例

任务：加工出如图 1-3 所示外形的模具。

用ED8平底刀光刀加工的刀具路径为： 1→ 2→ 3→ 4, 11，先用数学方法计算各个节点的坐标

及圆弧半径，然后根据 G代码规律编制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

所编程序为刀心轨迹，具体如下（斜体字为对数控程序语句的解释）：

% ( 程序开头符号 )

O001 (程序号。如果采取 DNC传送，则可以省略 )

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 ( 机床回参考点， G91 相对值编程 ，G28回归机械零点便于换刀 )

:0030 T01 M06( 换刀，将编号为 1号的刀自动装上主轴。此功能对于加工中心才有用，对于普通数控铣机床，这一段和上一段由操作员删除 )

N0040 G0 G54 X19.343 Y48. S2200 M03 (G0刀具快速运动到以 G54为零点的 1(19.3431 ， 48.， 0)， M03主轴正转，转速为 S2200/每分钟 )

N0050 G43 Z10. H01 (G43长度补偿， H01长度补偿值，同时快速下降到 Z10.位置，省略 XY说明在 XY方向不动。如果首次加工需加入 G01 F2000，操作员通过调倍率开关使刀具以可控进给速度 F2000的百分率下降 )

N0060 Z3.

N0070 G1 Z0.0 F1250. M08 (M08开冷却油，按进给 F1250走刀 )

N0080 G3 X25. Y44. I5.657 J2. (逆时针走圆弧进刀到 2)

N0090 G1 X38. (切削直线到 3)

8 工厂数控编程技术实例特训（ UG NX6版）

N0100 G2 X54. Y28. I0.0 J-16. (切削走顺时圆弧到 4)

N0110 G1 Y12. ( 切削直线到 5)

N0120 G2 X38. Y-4. I-16. J0.0( 切削走顺时 圆弧到 6)

N0130 G1 X12. ( 切削直线到 7)

N0140 G2 X-4. Y12. I0.0 J16. (切削走顺时圆弧到 8)

N0150 G1 Y28. ( 切削直线到 9)

N0160 G2 X12. Y44. I16. J0.0 ( 切削走顺时圆弧到 10)

N0170 G1 X25. ( 切削直线到 2)

N0180 G3 X30.657 Y48. I0.0 J6. ( 切削退出到 11)

N0190 G1 Z3. ( 慢速提刀到 Z3.0，省略 XY说明在 XY方向不动 )

N0200 G0 Z10. ( 快速提刀到 Z10.0)

N0210 M02(程序结束 )

%( 程序结束符号 )

手工编程时， 要根据图纸计算出各段原始图形的端点坐标， 并且按图纸轮廓编程。 程序中加入G41（左补偿）或 G42（右补偿）指令，加工时要在机床控制面板的补偿值中输入所用刀具的半径作为最终补偿值参数。可以用解析几何的办法计算各节点及圆弧参数，也可以在AutoCAD或其他软件中调出电子工程图，直接测量点坐标、圆弧半径或圆心坐标数据。

手工编程大多用于 2D平面编程的情况， 而对于 3D尤其是自由曲面的数控程序， 就必须借用高级算法编程语言， 如Fortran 、C语言等， 进行等距曲面数模刀具中心点计算， 再排列走刀加工轨迹路线， 最后输出生成 NC程序。 这些就相当于开发一个如 UG这样的数控编程软件， 工作量大且复杂。

随着技术的发展， 现在的数控编程人员只需要弄懂数控代码的含义， 会运用 UG等软件的数控编程功能，就可以完成数控编程的工作，而不需要过多考虑软件的计算原理及计算过程。

1.3.6 编程软件简介

小疑问 复杂程序怎么编？编程软件有哪些？究竟哪个好用？

随着技术的进步， 3D的数控编程一般很少采用手工编程，而使用商品化的 CAD/CAM软件。CAD/CAM是计算机辅助编程系统的核心， 主要功能有数据的输入 / 输出、 加工轨迹的计算及编辑、工艺参数设置、加工仿真、数控程序后处理和数据管理等。

目前，在我国深受用户喜欢的、数控编程功能强大的软件有 Mastercam、UG、 Cimatron ，PowerMILL、 CAXA等。各软件对于数控编程的原理、图形处理方法及加工方法都大同小异，但各有特点。 因每种软件都不是十全十美， 对于用户来说， 不但要学习其长处， 也要深入了解它们的短处，这样才能应用自如。

Mastercam是美国 CNC Software ，Inc 公司开发的基于 PC平台的 CAD/CAM软件，最新版本为Mastercam X4 ，优点如下：

第 1 章 预 备 知 识 9

（1）研发团队开发加工功能的历史悠久。

（2）该软件能及时推出各种新的加工功能。

（3）该软件对系统运行环境要求较低。

（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Communic功能进行通信，而不必考虑机床的内存不足问题。经大量的实践表明，用 Mastercam软件编制复杂零件的加工程序较为方便，而且能对加工过程进行实时仿真，真实反映加工过程中的实际情况，是非常优秀的 CAD/CAM软件。

不足之处是：绘图功能没有 UG、Pro/E 及 SolidWorks 那样强大；新功能有时不够稳定。

Cimatron 是以色列 Cimatron 软件有限公司开发的世界著名的 CAD/CAM软件，它针对模具制造行业提供了全面的解决方案。 Cimatron 软件产品是一个集成的 CAD/CAM产品，在一个统一的系统环境下， 使用统一的数据库， 用户可以完成产品的结构设计、 零件设计， 输出设计图纸，可以根据零件的三维模型进行手工或自动的模具分模， 再对凸、 凹模进行自动的 NC加工， 输出加工用的 NC代码。

优点是： 基于知识的加工； 基于毛坯残留的加工； 实现完整意义上的刀具载荷的分析与速率调整优化； 功能丰富、 完善、 安全和高效的高速铣削加工。 不足之处是在模具加工中自动化功能有待完善和发展。

PowerMILL是一款独立运行的世界领先的 CAM系统，它是 Delcam的核心多轴加工产品。

PowerMILL可通过 IGES、VDA、 STL和多种不同的专用直接接口接收来自任何 CAD系统的数据。

优点是： 刀路稳定； 五轴高速加工功能强大； 计算速度较快， 同时也为使用者提供了极大的灵活性。不足之处是添加辅助线或辅助面不太方便。

CAXA是 Computer Aided X Alliance-Always a step Ahead（ X：technology ，product ，solution and service , ）的缩写，是联盟合作的领先一步的计算机辅助技术与服务。它是依托北京航空航天大学的科研实力，由北航海尔开发出的中国第一款完全自主研发的 CAD产品。它是国人的骄傲， 优点是按照中国人的思维和界面设计软件， 易学易用。 不足之处是普及程度不高。

本书主要介绍 UG软件在模具数控编程中的应用， 帮助读者学会用 UG进行数控编程， 并努力用于实际工作之中，提高自己的价值。

1.3.7 典型数控机床控制面板介绍

作为 CNC数控编程员，首先要了解自己所编的程序是如何运行的，所以有必要学会某一种数控机床的操作，如果有条件，最好是能正确实际操机达到一定程度的水平，再学数控编程，这样可以使所编程序切合实际。

常用的典型数控系统有 FANUC（日本）、 SIMEMENS

（德国）、 FAGOR

（西班牙）、 HEIDENHAIN

（德国）、 MITSUBISH（日本）等公司的数控系统及相关产品，它们在数控行业中占据主导地位。我国数控产品以华中数控、航天数控为代表，也将高性能数控系统产业化。

如图 1-5 所示为某一个 FANUC系统的控制面板。

10 工厂数控编程技术实例特训（ 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上显示当前位置坐标值。

（2）程序功能键 PRGRM

：在编辑（ EDIT）方式下，进行存储器的编辑、显示；在手动数据输入（ MDI）方式下，可方便用户手工输入数控指令；在自动方式（ AOTO）下，进行程序和指令显示。

（3）刀具补偿功能键 MENU/OF SET

：坐标系、补偿量及变量的设定与显示，包括 G54、 G55等工件坐标系、刀具补偿量和 R变量的设定等。

（4）参数设置功能键 OPR/ALARM

： CRT操作面板上显示和报警显示。

（5）图形功能键 AUX/GRAPH

：结合扩展功能软键可进入动态刀路显示、 坐标显示以及刀具路径模拟等有关功能。

1.3.8 数控机床操作要领及注意事项

下面以如图 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）电源接通。要检查各电表是否正常、气压表是否正常、油水仪表是否正常。如无问题可按 POWER ON按钮接通电源，几秒钟后机床自检， CRT显示坐标。如出现报警信息，先自己分析排除，解决不了的，立即报告上级请专业人员处理。如正常可进行接下来的操作。

（2）机床回参考零点，手动或自动，以便使机床正常运转。

（3）分析数控程序单，对照编程图形，了解整个走刀情况、对刀方式及装夹方式；准备刀具、量具及夹具；在机床上按要求装夹工件。

（4）工件分中找正，将工件坐标系零点的机械值输入到 G54、G55等存储器。

（5）装上刀具对刀，将长度补偿值输入到 H值。

第 1 章 预 备 知 识 11

（6）复制数控程序，根据现有的刀号、补偿号修改程序的头部及尾部。

（7）开高压气吹风。

（8）在 DNC状态下通过 DNC网络传送数控程序。

（9）一开始要慢慢进刀，等待刀切入工件时，切削平稳正常时才将进给倍率开关调到正常速度。调转速开关，使声音洪亮，切削平稳时为止。根据要求确定合适的转速 S及进给 F，使每刃切削量达到合理高效的要求。

（10）如果加工钢件，开粗时要密切关注刀粒的磨损程度，发现有问题要及时调整或更换。

（11）要对自己所使用的机床精度、 刀具转动精度及加工误差有所了解， 要和编程员密切沟通，使光刀时留足够多的余量。

（12）加工完成要在机床上对照编程图形进行测量。 如不合格， 要分析原因。 要通过调整编程余量重新编程或调整补偿数再加工， 直到合格为止。 合格后才拆下。 清理机床， 准备加工下一件。