数控编程工程师

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UGNX5中文版模具加工经典实例解析2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。图1-1数控铣刀（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。白钢刀刀条是银白色的，主要用于直壁的加工，其加工特点是转速慢，进给小，但价格便宜；飞刀主要是镶刀粒的镶拼式刀具，刀具刚性好，在数控加工中使用非常广泛，主要用于模胚的开粗、2D轮廓的半精加工和精加工；合金刀价格昂贵，但加工的效果要比白钢刀和飞刀好，目前其最大的型号是D12。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。球刀圆鼻刀平底刀第1章UG编程的要求及准备工作3表1-1白钢刀参数设置刀具类型最大加工深度（mm）普通长度（mm）刃长/刀长普通加长（mm）刃长/加长主轴转速（r/m）进给速度（mm/min）吃刀量（mm）D3212060/125106/186300～400500～10000.1～1D2512060/12590/166300～400500～10000.1～1D2012050/11075/141500～700500～10000.1～1D1612040/9565/123500～800500～10000.1～0.8D128030/8053/110500～1000500～10000.1～0.8D108023/7545/95800～1000500～10000.2～0.5D85020/6528/82800～1200500～10000.2～0.5D65015/60不存在800～1200500～10000.2～0.4R88032/9235/140800～1000500～10000.2～0.4R68026/8326/120800～1000500～10000.2～0.4R56020/7220/110800～1000500～10000.2～0.4R33013/5715/901000～1500500～10000.2～0.4（1）刀具直径越大，转速越慢；同一类型的刀具，刀杆越长，吃刀量就要减小，否则容易弹刀而产生过切。（2）白钢刀转速不可过快，进给速度不可过大，光平面时进给率为700mm/min最适宜。（3）白钢刀容易磨损，开粗时少用白钢刀。表1-2飞刀参数设置刀具类型最大加工深度（mm）普通长度（mm）普通加长（mm）主轴转速（r/m）进给速度（mm/min）吃刀量（mm）D63R6300150320700～10002500～40000.2～1D50R5280135300800～15002500～35000.1～1D35R51501101801000～18002200～30000.1～1D30R51501001651500～22002000～30000.1～0.8D25R5130901501500～25002000～30000.1～0.8D20R0.4110851351500～25002000～28000.2～0.5D17R0.8105751201800～25001800～25000.2～0.5D13R0.890601151800～25001800～25000.2～0.4D12R0.490601101800～25001500～22000.2～0.4D16R8100801202000～25002000～30000.1～0.4D12R685601052000～28001800～25000.1～0.4D10R57855952500～32001500～25000.1～0.4UGNX5中文版模具加工经典实例解析4（1）以上的飞刀参数只能作为参考，因为不同的飞刀材料其参数值也不相同，不同的刀具厂生产的飞刀其长度也略有不同。另外，刀具的参数值也因数控铣床或加工中心的性能和加工材料的不同而不同，所以刀具的参数一定要根据工厂的实际情况而设定。（2）飞刀的刚性好，吃刀量大，最适合模胚的开粗。另外，飞刀光陡峭面的质量也非常好。（3）飞刀主要是镶刀粒的，没有侧刃，如图1-2所示。图1-2飞刀表1-3合金刀参数设置刀具类型最大加工深度（mm）普通长度（mm）刃长/刀长普通加长（mm）刃长/加长主轴转速（r/m）进给速度（mm/min）吃刀量（mm）D125525/7526/1001800～22001500～25000.1～05D105022/7025/1002000～25001500～25000.1～0.5D84519/6020/1002200～30001000～22000.1～0.5D63013/5015/1002500～3000700～18000.1～0.4D43011/50不存在2800～4000700～18000.1～0.35D2258/50不存在4500～6000700～15000.1～0.3D1151/50不存在5000～10000500～10000.1～0.2R67522/7522/1001800～22001800～25000.1～0.5R57518/7018/1002000～30001500～25000.1～0.5R47514/6014/1002200～30001200～22000.1～0.35R36012/5012/1002500～3500700～15000.1～0.3R2508/50不存在3500～4500700～12000.1～0.25R1255/50不存在3500～5000300～12000.05～0.25R0.5152.5/50不存在5000以上300～10000.05～0.2第1章UG编程的要求及准备工作5（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。数控铣床加工中心火花机线切割机图1-3数控设备电脑锣主要由机身、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。很多数控编程初学者认为无须了解火花机或线切割机，这种想法是非常错误的。因为只有非常清楚地了解火花机和线切割机的加工工艺知识，才能编写出合理刀路，提高生产效率和减少错误。UGNX5中文版模具加工经典实例解析6图1-4需要电火花的模具图1-5需要线切割的模具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。前模图1-6模具中常见的结构及名称有些模具在加工完成之前需要进行后处理，如回火、淬火和调质等，则需要留0.5～1.5mm的余量进行后处理。需电火花加工需线切割加工后模枕位行位运水孔边锁第1章UG编程的要求及准备工作71.2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。表1-4撞刀原因及解决方法序号撞刀原因图解撞刀解决方法1吃刀量过大减少吃刀量。刀具直径越小，其吃刀量应该越小。一般情况下模具开粗每刀吃刀量