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，简单地说就是数控加工。在珠江三角地区，人们俗称为“电脑锣”。
CNA是当今机械制造中的先进加工技术，是一种高效率、高精度与高柔性的自动化加工方法。它是将要加工的工件的数控程序输入机床，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。
CNA技术可有效解决像模具这样复杂、精密、小批多变的零件的加工问题，充分适应了现代化生产的需要。在我国，最早将CNA主要应用于飞机结构件、飞机座舱、风挡骨架零件，以及潜艇轮船螺旋桨、航空发动机叶片等复杂零件及其工装的制造领域，如图1-1所示。这些零件都是整个装备的关键，也只有CNA才能高质量、简便地制造出来。
图1-1 应用CNA制造的零件
大力发展CNA技术使其应用于人们消费品制造的各个领域，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，学好这门技术将大有用武之地。
本书就是帮助读者学习使用自动化的编程软件Mastercam X5来编制数控程序。
本书采用Mastercam X5中文版编写。通过对学生在学习中普遍关心的问题为线索进行讲解，重点讲解CNA的原理、Mastercam X5软件特点及以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，尽快适应工作岗位的要求。
1.2.2 CNC机床的工作原理
小疑问
CNA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。数控系统的基本功能：输入功能、插补功能及伺服控制等。它的工作过程：通过输入功能接收用户编制的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。
在模具厂里，模具设计师根据客户产品图，设计出3D模具（也称分模）后，就需要对模具图形进行数控编程。编程工程师根据图形来确定刀具大小、切削方式，用编程软件（如Mastercam X5）就可编出数控程序。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少量修改个别指令后就通过网络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成，模具就加工出来了。
1.2.3 CNC工艺的特点
小疑问
CNC工艺有何独特之处？
CNC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程序。衡量数控程序好坏的标准：用最少的加工时间、最小的刀具损耗加工出最佳效果的工件。
CNA工序是工件整体加工工艺的一部分工序，甚至是一道工序。它要与其前后工序相互配合，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。
CNA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的切削量快速切除大量的工件材料。为了防止粗加工时切削振动而使工件松动，在开粗后应该及时校表检查，必要时重新对刀。在开粗后进行基准面的精加工。为以后校表检查做好准备。对于具有复杂型腔的工件，由于开粗用了较大的刀具，使得角落处残存大量的余量，必须用比粗加工时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，准备下一件加工。
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以下几种。
（1）平底刀：也称平刀或端铣刀。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，ED16，ED15.875，ED12，ED10，ED8，ED6，ED4，ED3，ED2，ED1.5，ED1，ED0.8，ED0.5等。E是字母End Mill的第一个字母，D表示切削刀刃直径。
一般情况下，开粗时尽量在机床功率能够承受的情况下，选较大直径的刀，装刀时尽可能短，以保证足够的刚度，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。
如果刀具侧面带斜度则称为斜度刀，可以精加工斜面。
（2）圆鼻刀：也称平底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。带刀粒的圆鼻刀也称“飞刀”，主要用于大面积的开粗，水平面光刀。常用的有ED30R5，ED25R5，ED16R0.8，ED12R0.8，ED12R0.4等。另外，在上述平底刀的供应商目录里也有相应的平底R刀，用户可以根据情况选用。
飞刀开粗加工尽量选大刀，加工较深区域时，先装短刀加工较浅区域，再装长刀加工较深区域，以提高效率且不过切。
（3）球刀：也称R刀。主要用于曲面中光刀。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，BD1R0.5。B是字母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，在尽量选大刀光刀，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，其切削性能必须满足以下几个要求。
（1）高的硬度：62HRC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、Al2O3等。
（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
现在的刀具大多是商品化及标准化，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，那么刀具种类尽可能少而精。
小提示
本书所讲的实例、所用的刀具加工铜公、前后模及行位大多为合金刀，所给定的参数也是适合合金刀所用。
4.模具工厂里常用刀具的加工参数
有些模具厂为了工作统一将常用的刀具制作成标准刀库，里面包含了刀具的刀锋直径、刀柄直径、刀锋长度、参考转速和进给等。本书提供了参考刀库文件08-mcbook.tools。表1-1为某模具厂的刀具参数，可以供使用时参考。
表1-1 CNC常用高速刀参考数据
