新入行的小伙伴看过来，本文为你详细介绍数控加工基础知识

第一章    数控加工基础

1 数控机床的基本概念

1.1数控加工概述

 数控加工就是指采用数字信息对零件加工过程进行定义，并控制机床进行自动化加工的方法。 

1.2 数控加工的流程

 完成数控加工首先需要对零件进行分析，按照格式编制数控程序，之后在数控机床上进行加工，将毛坯加工成指定的零件模型，其一般流程如下：

1.3 数控加工的特点

数控加工技术相比传统机床加工是一种先进的加工手段，其特点如下：

    1： 高质量，高效率。

    2：柔性强，高度自动化。

    3：能够加工复杂形状的零件 。

    4：有利于实现高度集成化的现代生产管理。

2 数控编程的基本指令和方法

2.1 数控加工坐标系

2.1.1  数控加工坐标系是进行数控编程和加工的重要基础，其基础坐标系是笛卡尔坐标系。另外数控机床在设计、制造和使用过程中涉及到几种不同的坐标系，分别是机床坐标系，工件坐标系，绝对坐标系和相对坐标系，附加坐标系等。 

 笛卡尔坐标系:由17世纪法国哲学家、数学家雷内·笛卡尔（1596～1650）提出。其基本原理是：它用XY坐标定义一个平面二维点，用XYZ坐标定义空间的三维点 。

           为了统一数控机床的坐标系以便于数控机床的设计与制造，保证同类数控机床零件加工程序的通用性以便于数控机床的广泛应用，国际标准化组织与1974年制订了数控标准ISO841，规定数控机床标准坐标系采用右手笛卡尔坐标系。

笛卡尔坐标系的使用原理如下图所示。

 通常在命名数控机床坐标系时，总是假定工件不动，刀具相对于工件运动，则坐标系用XYZABC表达；若刀具不动，工件相对于刀具运动，则相应的坐标系用X′Y′Z′A′B′C′来表达，两种坐标系中的正运动方向正好相反 。

 2.1.2 机床坐标系:   是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点，称机床零点或机械零点 ，该坐标系与机床的位置检测系统相对应，是数控机床的基准 。常见数控机床坐标系如下图所示。

2.1.3 工件坐标系:   可以任意设置，它是为编程和加工方便由编程人员在编制零件数控加工程序时设置的 ，一般以工件图样上某一固定点为原点，按平行于各装夹定位面设置各坐标轴，按工件坐标系中的尺寸计算刀具加工轨迹并编程。加工时，通过对刀和坐标系偏置等操作建立起工件坐标系与机床坐标系的关系，将工件坐标系置于机床坐标系中。 

工件坐标系的原理如上图所示，其中XOY为机床坐标系，XO1Y1为工件坐标系。数控装置则根据两个坐标系的相互关系将加工程序中的工件坐标系坐标转换成机床坐标系坐标，并按机床坐标系坐标对刀具的运动轨迹进行控制。

2.1.4绝对坐标系和相对坐标系

绝对坐标系是指刀具运动轨迹上所有点的坐标值，是从某一固定坐标原点计量的坐标系。相对坐标系（又称增量坐标系）是指刀具运动轨迹的终点坐标相对于起点计量的坐标系，绝对坐标系和相对坐标系是为了编程方便而采用的 ，其原理如下图所示。

2.1.5 附加坐标系： 如果机床在主坐标系XYZABC的坐标运动之外还有与之平行的坐标运动，则可分别用U、V、W、P、Q、R来指定相应的坐标轴，构成附加坐标系UVWPQR，附加坐标系一般仅在大型数控机床上会出现。 

2.2 数控机床坐标系的指定

 数控机床坐标系是进行数控编程的基础，其坐标系的具体情况与机床的种类有关，下面介绍一般的分类方法：

2.2.1 Z轴及其方向： 对于有主轴的机床如车床、铣床、钻镗床等，Z轴与主轴轴线平行；对于没有主轴的机床如刨床等，或多主轴机床，如龙门式轮廓铣床等，Z轴与工件装夹面（即工作台面）的法线平行。使刀具远离工件或使工件尺寸增大的运动方向为Z轴的正方向。 Z轴比较易于确定，一般应该首先确定Z轴的方向。

2.2.2 X轴及其方向： X轴一般位于与主轴轴线垂直或与工件装夹面平行的水平面内，在工件旋转的机床上，如车床等，X轴垂直于主轴轴线且平行于横向滑板，使刀具远离工件或使工件尺寸增大的运动方向为X轴的正方向。在刀具旋转的机床上，若主轴是水平的，如卧式铣床等，则逆着Z轴正向由刀具。（主轴）向工件看，X轴的正向指向右边；若主轴是垂直的，如立式铣床等，则由刀具向立柱看，X轴的正向指向右边。 

数控车床和数控铣床的坐标系示例

2.2.3 Y轴及其方向： Y轴及其方向可在已经确定好Z轴和

X轴的基础上，按右手定则来确定。

2.2.4 附加坐标

若机床除有X 、Y、 Z的主要直线运动坐标外，还有平行于它们的坐标运动，可分别建立相应的第二辅助坐标系U、V、W坐标及第三辅助坐标P、Q、R坐标，如下图所示。

2.3 数控编程的基本指令格式

  数控机床加工过程中的动作，都是在加工程序中用指令的方式予以规定的。这些指令描述了工艺过程的各种操作和运动特征，这些指令包括准备功能G和辅助功能M指令、F进给功能、S主轴转速功能、T功能等。国家标准GB/T8870-1988《中华人民共和国国家标准目录及信息总汇》对零件加工程序的结构与格式做了相应规定。国内外很多厂商都发展了具有自己特色的数控系统，对标准中的代码功能进行了功能上的延伸，或作了进一步定义，因此，在编程时必须仔细阅读具体机床的编程指南。

2.3.1数控加工程序段

数控加工程序段是组成程序的基本单元，它由若干个程序字（或称功能字）组成，用来表示机床执行动作某一个动作或一组动作。 

         程序段的格式有两种：

      一是固定格式的程序，很少采用。

      二是为可变程序段格式， 应用最广泛。其格式为：

其中，N为程序号字；G为准备功能字；X、Y、Z为尺寸字；F为进给功能字；S为主轴转速功能字；T为刀具功能字；M为辅助功能字。

下面举一个简单的例子来说明：

   例如： O1000                    程序号

 N0010G92X100.0Y100.0；

N0020G00X30.0S1000M03T01；

N0030G01X0.0Y10.0F100；     程序内容

N0040……

……

N0100M02；                  程序结束

程序内容是整个程序的主要部分，由若干程序段组成。 

2.3.2数控程序指令及代码

（1）程序段序号字（Sequence number）     用来表示程序从启动开始操作的顺序，即程序段执行的顺序。它用地址码“N” 和后面的几位数字表示。 

   例如 N0010 ，N0020。。。

（2）准备功能字（Preparatory function or G-function）

          准备功能字以地址符G为首，后跟二位数字（G00～G99）。这些准备功能包括：坐标移动或定位方法的指定；插补方式的指定；平面的选择；螺纹、攻丝等固定循环的加工指定；对主轴或进给速度的说明；刀具补偿或刀具偏置的指定等。 

3）尺寸字（Dimension word）     尺寸字是用来给定机床各坐标轴位移的方向和数据的。它由各坐标轴的地址代码“十” “一”符号和绝对值（或增量值）的数字构成。尺寸字安排在G功能字的后面。尺寸字的地址代码，对应进给运动为：X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R；对于回转运动的地址代码为：A、B、C、D、E。此外，还有插补参数字（地址代码）：I、J和K等。 例如程序段：

          N0010G92X100.0Y100.0； 

     X，Y和后面的数字表示坐标位移的方向和大小。

（4）进给功能字（Feed function or F−function） 

       进给功能字用来指定刀具相对工件运动的速度。速度的单位一般为：mm/min。当进给速度与主轴转速有关时，如车螺纹、攻丝等，使用的单位为mm/r。进给功能字由地址代码“F”和其后面的若干位数字构成。 

             例如语句：

                  N0030G01X0.0Y10.0F100；

            “F100”就表示为进给速度为100mm/min或者100mm/r。

（4）进给功能字（Feed function or F−function） 

       进给功能字用来指定刀具相对工件运动的速度。速度的单位一般为：mm/min。当进给速度与主轴转速有关时，如车螺纹、攻丝等，使用的单位为mm/r。进给功能字由地址代码“F”和其后面的若干位数字构成。 

             例如语句：

                  N0030G01X0.0Y10.0F100；

            “F100”就表示为进给速度为100mm/min或者100mm/r。

（5）主轴转速功能字（Spindle speed function or S−function） 

           主轴速度功能字用来指定主轴速度，单位为r/min，它以地址符S为首，后面附加指定的数值。 

（6）刀具功能字（Tool function or T−function） 

           该功能也称为T功能，它由地址码“T”和后面的若干位数字构成。刀具功能字用于更换刀具时指定刀具或显示待换刀号。

            如 M06 T01 ； 

        表示1号刀进入换刀位置。

（7）辅助功能字（Miscellaneous function or M−function）

   该功能也称为M功能 ，常用的M代码有以下几个：

     M00———程序停止；M01———计划停止 ；

     M03、M04、M05———分别使主轴正转、反转和停转

     M06———换刀指令 ；

    M30———程序结束。相似于M02，但M30可使程序返回到开始状态。 

2.3.3常用准备功能指令

准备功能指令即是G代码，是与插补有关的准备性工艺指令，根据设备的不同，G代码也会有所不同。 常用的G代码功能如下：

（1）快速点定位指令G00 ；

（2）直线插补指令G01 ；

（3）圆弧插补指令G02、G03 ；

（4）绝对坐标与增量坐标指令G90、G91 

  (5) G92：坐标系设定 ；

（6）G53～G59浮动原点（编程原点偏置）

3 数控加工的工艺和工序设计

3.1 数控加工工艺内容

数控加工工艺主要包括如下几个方面：

（1）选择并确定进行数控加工的零件及内容；

（2）对被加工零件的图样进行工艺分析，明确加工内容和技术要求 。

（3）设计数控加工工序 ；

（4）分配数控加工中的容差 ；

（5）数控加工工艺技术文件的定型与归档 。

3.2 数控加工工艺分析

工艺分析是数控加工编程的前期工艺准备工作，无论是手工编程还是自动编程，在编程前均需对所加工零件进行工艺分析。数控加工工艺性分析涉及面很广，诸如零件的材料、形状、尺寸、精度、表面粗糙度及毛坯形状、热处理要求等，归纳起来，主要包括产品的零件图样分析与结构工艺性分析两部分。  

  3.2.1 数控加工零件的工艺性分析

        首先熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，充分考虑编程的可能性与方便性，然后对图样进行分析。对零件的尺寸标注，技术要求和材料进行分析。

3.2.2  零件的结构工艺性分析

 零件的结构工艺性分析是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。需要注意一下几点：

（1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。

（2）内槽圆角不应太小 。

（3）应采用统一的基准定位。 

（4）着重提高工艺效率。

3 .3数控加工的工序设计与规划

 数控加工工序设计的主要任务是拟定本工序的具体加工内容、定位夹紧方式以及刀具运动轨迹，选择刀具、夹具、量具等工艺装备，为编制加工程序做好充分准备。

       （1）工序的划分通常有两种不同的原则，即工序集中原则和工序分散原则。

       （2）走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于零件的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步的顺序。 

       （3）选择数控加工刀具 。

       （4）夹紧与定位方案的确定。

       （5）确定切削用量

4 UG CAM系统的概念

4.1 CAM系统简述

          CAM（Computer Aided Manufacturing）系统，即计算机辅助制造系统 。是一项利用计算机软件、硬件协助人完成产品的设计与制造的技术 。一个典型的CAM系统由两部分组成：计算机辅助编程系统和数控加工设备 。其组成如下图所示。

4.2   UG NX CAM功能简介 

  Unigraphics Solutions NX（简称UGS）是美国EDS公司（现已经被西门子公司收购）的集CAD/CAE/CAM于一体的软件集成系统。UG NX CAM模块提供了一个完整NC编程系统所需的一切组件，可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况，进行图形化修改 ，其效果如下图所示。

NX CAM提供了一整套刀具路径处理器（钻孔、车削、多轴铣削、线切割、基于特征的加工）、后处理器建造和编辑工具以及全面的三维机床仿真功能，其主要特点如下： 

     （1）加工功能全面 。

       （2）支持丰富多样的加工方法。

       （3）仿真功能丰富。  

莫莫会更新一个小套的数控编程基础教程，本文为第一章内容，明天更新第二章的UG编程基础及CAM操作基础！如果你想了解更多的UG编程知识，推荐你们加一个UG编程群726236503，里面有免费的UG编程资料供大家学习，有什么不懂的可以在群里大家相互交流。学好UG编程其实很简单，只要跟对经验丰富的人系统的学习，多跟朋友，同事，同学交流。可以更加强化自己的编程水平，学到的知识是自己的，别人拿不走。​