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1．1  数控编程的基本过程

数控编程是从零件设计得到合格的数控加工程序的全过程,其最主要的任务是通过计算得到加工走刀中的刀位点，即获得刀具运动的路径。对于多轴加工，还要给出刀轴的矢量。

利用CAD软件进行零件设计，然后通过CAM软件获取设计信息，并进行数控编程基本过程和内容如图4-1所示。数控编程中的关键技术包括：零件几何建模技术、加工参数合理设置、刀具路径仿真和后处理技术。

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图1-1 数控编程的基本过程

1.1.1 零件几何建模

CAD模型是数控编程的前提和基础，其首要环节是建立被加工零件的几何模型。复杂零件建模的主要技术以曲面建模技术为基础。Mastercam的CAM模块获得CAD模型的方法途径有3种：直接获得、直接造型和数据转换。

直接获得方式指的是直接利用已经造型好的Mastercam的CAD文件。

直接造型指的是直接利用Mastercam软件的CAD功能，对于一些不是很复杂的工作，在编程之前直接造型。

数据转换指的是将其他CAD软件生成的零件模型转换成Mastercam专用的文件格式。

1.1.2加工参数的合理设置

数控加工的效率和质量有赖于加工方案和加工参数的合理设置。合理地设置加工参数包括两方面的内容，即加工工艺分析、规划，以及参数设置。

一．加工工艺分析和规划

加工工艺分析和规划的主要内容包括加工对象的确定、加工区域规划、加工工艺路线规划、加工工艺和加工方法的确定。

î 加工对象的确定指的是通过对CAD模型进行分析，确定零件的哪些部份需要在那种数控机床上进行加工。选择加工对象时，还要考虑加工的经济性问题。

î 加工区域规划是为了获得比较高的加工效率和加工质量，将加工对象按其形状特征和精度等要求划分成数个加工区域。

î 加工工艺路线规划主要是指安排粗、精加工的流程和进行加工余量的分配。

î 加工工艺和加工方式主要包括刀具选择和切削方式的选择等。

加工工艺分析和规划的合理选择决定了数控加工的效率和质量，其目标是在满足加工要求、机床正常运行的前提下尽可能地提高加工效率。工艺分析的水平基本上决定了整个NC程序的质量。

二．加工参数设置

在完成加工工艺分析和规划后，通过各种加工参数的设置来具体实现数控编程。加工参数设置的内容很多，最主要的是切削方式设置、加工对象设置、刀具和机床参数设置和加工程序设置。加工程序设置包括刀具转速、切削用量、进给率、切削间距和安全高度等参数。这是数控编程中最关键的内容。

1.1.3数控加工程序编制

数控机床程序编制的内容主要包括以下步骤：

一．工艺方案分析

î 确定加工对象是否适合于数控加工（形状较复杂，精度一致要求高）

î 毛坯的选择（对同一批量的毛坯余量和质量应有一定的要求）。

î 工序的划分（尽可能采用一次装夹、集中工序的加工方法）。

二．工序详细设计

î 工件的定位与夹紧。

î 工序划分（先大刀后小刀，先粗后精，先主后次，尽量“少换刀”）。

î 刀具选择。

î 切削参数。

î 工艺文件编制工序卡（即程序单），走刀路线示意图。程序单包括：程序名称，刀具型号，加工部位与尺寸，装夹示意图

三．编写数控加工程序

î 用MasterCAM设置编出数控机床规定的指令代码（G，S，M）与程序格式。

î 后处理程序，填写程序单。

î 拷贝程序传送到机床

î 程序校核与试切。

1.1.4 刀具路径仿真

由于零件形状的复杂多变以用加工环境的复杂性，为了确保程序的安全，必须对生成的刀具路径进行检查。主要检查的内容有加工过程中的过切或欠切、刀具与机床和工件的碰撞问题。CAM模块提供的刀具路径仿真功能能够很好地解决这一问题。通过对加工过程的仿真，可以准确地观察到加工时刀具运动的整个情况，因此能在加工之前发现程序中的问题，并及时进行参数的修改。

1.1.5 后处理技术

后处理是数控编程技术的一个重要内容，它将通用前置处理生成的刀位路径数据转换成适合于具体机床的数控加工程序。后处理实际上是一个文本编辑处理过程，其技术内容包括机床运动学建模与求解、机床结构误差补偿和机床运动非线性误差校核修正等。

在后处理生成数据程序之后，还必须对这个程序文件进行检查，尤其需要注意的是对程序头和程序尾部分的语句进行检查。

后处理完成后，生成的数控程序就可以运用于机床加工了。

1-2  顺铣和逆铣的特点及选用原则

一．顺铣和逆铣的特点

（1）逆铣时，每个刀的切削厚度都是由小到大逐渐变化的。当刀齿刚与工件接触时，切削厚度为零，只有当刀齿在前一刀齿留下的切削表面上滑过一段距离，切削厚度达到一定数值后，刀齿才真正开始切削。顺铣使得切削厚度是由大到小逐渐变化的，刀齿在切削表面上的滑动距离也很小。而且顺铣时，刀齿在工件上走过的路程也比逆铣短。因此，在相同的切削条件下，采用逆铣时，刀具易磨损。

（2）逆铣时，由于铣刀作用在工件上的水平切削力方向与工件进给运动方向相反，所以工作台丝杆与螺母能始终保持螺纹的一个侧面紧密结合。而顺铣时则不然，由于水平铣削力的方向与工件进给运动方向一致，当刀齿对工件的作用力较大时，由于工作台丝杆与螺母间间隙的存在，工作台会产生窜动，这样不仅破坏了切削过程的平稳性，影响工件的加工质量，而且严重时会损坏刀具。

（3）逆铣时，由于刀齿与工件间的摩擦较大，因此已加工表面的冷硬现象较严重。

（4）顺铣时，刀齿每次都是由工件表面开始切削，所以不宜用来加工有硬皮的工件。

（5）顺铣时的平均切削厚度大，切削变形较小，与逆铣相比较功率消耗要少些（铣削碳钢时，功率消耗可可减少5%，铣削难加工材料时可减少14%）

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图1-2 顺铣逆铣

二．在什么情况下选用顺铣或逆铣

    采用顺铣时，首先要求机床具有间隙消除机构，能可靠地消除工作台进给丝杆与螺母间的间隙，以防止铣削过程中产生的振动。如果工作台是由液压驱动则最为理想。其次，要求工件毛坯表面没有硬皮，工艺系统要有足够的刚性。如果以上条件能够满足时，应尽量采用顺铣，特别是对难加工材料的铣削，采用顺铣不仅可以减少切削变形，降低切削力和功率的消耗。

1-3 刀具的选择和刀具使用参数的设定

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。选用合适的刀具并使用合理的切削参数，将可以使数控加工以最低的加工成本、最短的加工时间达到最佳的加工质量。

刀具的类型有：平刀、球刀、圆鼻刀、面铣刀、倒角刀等。在模具加工中，比较常用的是平刀、球刀、圆鼻刀三种类型的刀具。

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图1-3 常用刀具类型

一、合理选择加工刀具

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。刀具直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸，还需要考虑刀具所需功率应在机床功率范围内。

1．平面铣削时应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。一般铣削时，尽量采用二次走刀加工，第一次走刀最好用端铣刀粗铣，沿工件表面连续走刀，每次走刀宽度推荐为刀具直径的60%-75%。

2．立铣刀和镶硬质合金刀片的端铣刀主要用于加工凸台、凹槽和箱口面。

3．对于要求较高的细小部位的加工，可使用整体式硬质合金刀，它可以取得较高的加工精度，但是注意刀具悬升不能太大，否则刀具不但容易弹刀，易磨损，而且会有折断的危险。

4．球刀、圆鼻刀常用于加工曲面和变斜角轮廓外形。而球刀多用于半精加工和精加工。镶硬质合金刀具的圆鼻刀多用于开粗。

5．钻孔时，要先用中心钻或球刀进行打中心孔，用以引正钻头。先用较小的钻头钻孔至所需深度Z，再用较大的钻头进行钻孔，最后用所需的钻头进行加工，以保证孔的精度。

二、切削用量有三大要素

切削深度，主轴转速和进给速度。切削用量的选择总体原则是：少切削，快进给（即切削深度小，进给速度快）。

三、刀具材料选择

常用的刀具材料有：高速钢、硬质合金。

1．普通硬质白钢刀（材料为高速钢），高速钢刀具易磨损，价格便宜，常用于加工硬度较低的工件。

2．合金刀具（如钨钢，氮化硼刀具等），硬质合金刀具耐高温，硬度高，主要用于加工硬度较高的工件，如前模、后模。硬质合金刀具需较高转速加工，否则容易崩刀。硬质合金刀具加工效率和质量要比高速钢刀具好。

3．涂层刀具（如镀钛等），涂层刀具介于高速钢刀具跟合金刀具之间。

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