第一篇（第0章） 职业入门知识篇
第0章 职业入门知识篇
在进行Pro/ENGINEER Wildfire 4.0软件学习之前，首先来了解一些相关的职业知识。
图0-12 工件原点、编程原点和机械原点
0.1 Pro/E软件对应的职业
0.1.1 三维产品设计师
随着三维设计的软件Pro/E、SolidWorks日趋完善及Windows操作平台的普及和微机性能价格比的不断提高，使用三维CAD技术时机已经成熟。三维产品设计在加速新产品开发、提高产品质量、降低成本等方面起着关键作用，是支持企业增强创新设计、提高市场竞争力的强有力的手段。对于设计人员来说，进入三维产品设计是一个不可逆转的必然。三维产品设计具有以下优点：
（1）采用广大设计人员所熟悉的工程应用的特征（如孔、槽、螺纹、圆角、倒角等）作为构造零件的基本单元，改变传统系统以几何设计为主的方式，提高设计效率。特征的引用直接体现了设计意图，设计人员可以将更多的精力用在创造性构思上。
（2）采用二维/三维关联设计技术，高效率生成符合国标的工程图纸。用传统方式绘制工程图（不论是手工绘制，还是用二维CAD绘制），设计人员都必须先将产品的三维结构构思好，再用线条绘制表达，加上各种尺寸公差标注，工作量大而且繁琐，修改、描图更是费时。使用三维CAD软件后，设计人员只需交互地进行各种视图布局方式、类型的选择，即可方便快捷地完成整个工程图纸设计。
（3）二维草图智能动态导引技术，可以自动地推断设计者的设计意图。三维特征参数驱动，修改方便，零件三维实体可任意拖动，在着色状态下动态显示三维实体体现产品设计过程的直观效果，更易于用户使用。三维设计技术是虚拟设计的基础，并为后续的分析、制造过程提供完整统一的产品数据。
（4）装配设计使得在微机平台上进行复杂部件设计成为可能。通过施加约束与配合关系，采用拖放方式操作的零件装配就像搭积木一样方便，对装配、子装配、零件、装配特征、约束及辅助视图以记录树形式进行管理，可以完成装配件爆炸、剖切、干涉检查、运动仿真、最小间隙、物性计算、零件列表等活动。
（5）机械产品设计离不开各种标准件的使用。三维CAD系统提供丰富标准库，包括螺钉、螺栓、螺母、垫圈、铆钉、销钉、键、滚动轴承、弹性密封件、钢型材等，同时提供各种标准查询、搜索和添加与预览功能，极大地方便了产品设计过程。如果从手工绘图到二维CAD绘图再到三维CAD自动生成工程图，使得设计人员实现“甩图板”梦想，那么，标准件及装配功能的引入再辅之产品文档管理，即可进一步达到“甩图板”、“甩手册”的目的，实现真正意义的无纸设计，极大地提高企业设计效率，增强创新能力。
（6）在微机平台上实现三维CAD软件高级渲染功能，产生具有照片级真实感的产品效果图，可以为产品增添引人入胜的效果，便于向领导、客户和供货商介绍产品，可以免去实际加工昂贵的产品样件，缩短设计周期和新产品的上市时间。
0.1.2 模具设计师
从“老三样”电视机、冰箱、洗衣机，到时下流行的MP3、录音笔、数码相机、手机，我们身边这些款式精美、形状各异的产品，之所以能够被成批量生产出来，都离不开模具，更离不开对大多数人来讲很陌生的专业人才——模具设计师之手。
模具设计师是从事企业模具的数字化设计，包括注塑模与冷冲模，在传统模具设计的基础上，充分应用数字化设计工具，提高模具设计质量，缩短模具设计周期的人员。模具设计师从事的工作主要包括：
（1）数字化制图：将三维产品及模具模型转换为常规加工中用的二维工程图。
（2）模具的数字化设计：根据产品模型与设计意图，建立相关的模具三维实体模型。
（3）模具的数字化分析仿真：根据产品成形工艺条件，进行模具零件的结构分析、热分析、疲劳分析和模具的运动分析。
（4）产品成形过程模拟：注塑成形、冲压成形。
（5）定制适合本公司模具设计标准件及标准设计过程。
（6）模具生产管理。
0.1.3 数控编程师
近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。在发达国家，数控机床已经普遍大量使用，而我国数控技术应用推广和发达国家相比差距还很大。目前我国机床的数控化率仅为1.9%，而日本高达30%，美国超过了40%。我国计划数年内将增加40～50万台数控机床，同时相应需要60～80万数控专业技术人才。
数控编程师需要掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，熟悉复杂模具的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CAD/CAM软件（如Pro/E等），熟练掌握数控手工和自动编程技术。
0.2 各岗位的技能要求
0.2.1 三维建模与产品设计师的技能要求
（1）熟悉Pro/E软件工作环境及基本操作。
（2）熟悉工业设计理论，了解产品材料工艺、设计标准与规范。
（3）掌握Pro/E二维草图、实体建模、曲面与曲面设计的常用技术。
（4）研究产品结构设计的技能，提高Pro/E产品灵活应用设计的能力。
0.2.2 模具设计师的技能要求
通常模具设计师的入门门槛并不高，一般要求大专以上学历即可，普遍是机械类的理科生从事这项职业，要求必须有机械制图的能力，能够熟练使用电脑。具体要求如下：
（1）熟悉Pro/E软件工作环境及基本操作。
（2）熟悉模具设计理论，了解模具制造工艺、设计标准与规范。
（3）熟悉Pro/E模具设计流程，掌握常见模具的分模方法与技巧。
（4）提高使用Pro/E进行复杂产品模具设计的能力。
0.2.3 数控编程师的技能要求
数控编程师的技能要求主要体现在以下几个方面：
（1）熟悉Pro/E软件工作环境及基本操作。
（2）熟悉数控加工工艺知识和数控机床的操作，具有数控编程领域扎实的基础理论知识。
（3）熟悉并掌握先进的Pro/E数控编程技术，具有丰富的实践能力和知识自我更新能力。
（4）提高使用Pro/E进行复杂零件数控加工设计的能力。
0.3 专业知识点拨
0.3.1 建模与产品设计的专业知识
1．三维产品设计流程
机械设计一般可分为开发性设计（根据机械产品的总功能要求和约束条件进行的全新设计）、适应型设计（根据生产技术的发展和使用部门的要求，对产品的结构和性能进行更新和改造，使之适应某种附加的要求）、变参数型设计（只对结构设置和尺寸加以改变，使之满足功率和速比等的不同要求）、测绘和仿制等。
不同国家、不同企业、不同类型的机械，其产品的开发、设计过程也都不尽相同，但大致上可分为产品规划阶段、原理方案设计阶段、结构方案设计阶段、总体设计阶段、施工设计阶段和试制、生产、销售阶段等。通常三维产品设计流程如图0-1所示。
图0-1 三维产品设计的一般设计流程
（1）方案论证与设计
当与客户确定设计合作后，了解设计的内容及工业设计所应实现的目标，分析产品的功能实现的原理，由造型设计师进行概念草绘，可用二维平面软件进行方案效果图绘制。
（2）构思产品草图
构思草图阶段的工作将决定70%产品设计的成本和产品设计的效果。所以这一阶段是整个产品设计最为重要的阶段。通过思考形成创意，并加以快速的记录。这一设计初期阶段的想法常表现为一种即时闪现的灵感，缺少精确尺寸信息和几何信息。基于设计人员的构思，通过草图勾画方式记录，绘制各种形态或者标注记录下设计信息，确定3～4个方向，再由设计师进行深入设计。
（3）三维造型设计
产品草图方案构思完成后，由三维产品设计师利用Pro/E进行产品设计。三维建模即用3D的语言来描述产品形态和结构的过程，它最大的优点体现在设计的直观性和真实性，在三维的空间内多角度的观察调整产品的形态，可以省去原来部分的样机试制过程，可以更为精确直观地构思出产品的结构，从而更具体表达产品构思，提高产品设计质量。3D图具有精确的形态比例关系和精致的细节设计，可以用于与用户直观地沟通和交流。
（4）三维结构分析
按设计尺寸精确地完成产品的各个零件的电子文件和零件之间的装配关系。同时，利用有限元功能进行装配和结构模拟分析确认结构。
（5）产品设计效果图
利用软件渲染功能可生成3D效果图，它既可以清晰地向客户展示产品的尺寸和大致的立体感，也能表达出产品的材质和光影关系。3D效果图是产品更加直观和完善的表达。同时产品色彩设计是用来解决客户对产品色彩系列的要求，通过计算机调配出色彩的初步方案，从而满足同一产品的不同的色彩需求，扩充客户产品线。
（6）二维工程图
利用Pro/E软件工程图绘制功能，将三维图转化为二维工程图，进行工艺设计后，可组织进行产品的生产制造。
2．产品设计常用专业术语
（1）特征：用户在建模过程中所建立的所有拉伸、旋转、基准平面和草图统称为特征。有些特征如拉伸和旋转，由草图生成；有些特征如抽壳和圆角，修改特征的几何体。
（2）草图：草图是指二维外形轮廓，通常草图建立于模型中的平面或基准面上，尽管草图可以独立存在，但独立存在的草图没有意义，一般作为拉伸等特征的基础。
（3）设计意图：设计意图是关于模型被改编后如何表现的计划，模型创建的方式决定它将怎样被修改。通常特征的选择会影响到设计意图，如图0-2所示的简单阶梯轴可采用多种建模方法。
图0-2 简单阶梯轴的例子
● 拉伸法：通过拉伸特征或圆台特征一次建立一层，后面的一层加到前面一层上。如果改变某个台阶的厚度，则所有在其后面创建的层的位置也随之改变，而零件的整体高度也会发生相应的变化，如图0-3所示。
图0-3 拉伸法设计意图
● 旋转法：以一个旋转特征建立零件，一个单一的草图表示一个切面，它包括所有作为一个特征来完成该零件所必需的信息和尺寸。该方式较为简单，但所有信息都包含在一个特征中，限制了其灵活性而且修改麻烦，如图0-4所示。
图0-4 旋转法设计意图
● 制造法：模仿零件加工时的方法来建模，例如，当这个台阶轴在车床上旋转，在设计上可以考虑从一个棒料开始建模，并通过一系列的切割来去除不需要的材料，如图0-5所示。
图0-5 制造法设计意图
（4）图元：指草绘截面上的任何元素，包括直线、点、圆弧、圆、样条曲线、点、坐标系和文字等。
（5）参照：草绘截面或者创建轨迹时的基准，包括基准面、基准轴、基准点等。
（6）弱尺寸：绘制图元时系统自动标注的尺寸，在没有用户确认的情况下系统可以自动调整其存在与否、在系统界面上以灰色显示。在系统增加尺寸时，系统在没有任何提示的情况下删除弱尺寸。
（7）强尺寸：由用户创建的尺寸，软件系统不能自动删除。在系统默认情况下以较深的颜色显示。当几个尺寸之间有冲突时，系统提示删除其中一个。
（8）基准特征：在实体造型过程中，要使用一些辅助的点、线、面作为设计参照，这些点、线、面称为基准特征。Pro/ENGINEER中的基准特征主要包括基准平面、基准轴、基准曲线、基准点和基准坐标系。
（9）工程图：指产品的二维图纸，在Pro/ENGINEER中可通过工程图模块将三维模型转化为二维的工程视图，生成的工程图与模型之间依然保持参数化的关联性。
（10）装配体：零件、特征以及其他装配体（子装配体）在里面配合在一起的文档。零件和子装配体位于不同的文件内。例如，活塞是一个可在装配体内与其他零件（如连杆或室）相配合的零件。
0.3.2 注塑模具设计的专业知识
1．注塑模具设计原理
注塑成型也成为注射成型，它是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一，可以生产空间几何形状非常复杂的塑料制件。将加热熔化的塑料注满一个模腔中，然后对模腔进行强制冷却，熔料凝固成固体。为取出凝固体，用分型面把模腔分割为型芯和型腔两部分，包裹凝固体外表面轮廓的一半称为型腔零件，包裹凝固体内表面轮廓的另一半称为型芯零件，型芯和型腔零件统称为成型零件。包裹凝固体内外表面的相交线称为分型线，分型线水平四周延伸形成切割模腔的分型面。典型的注塑模具如图0-6所示。
图0-6 注塑模具的典型结构
1-定位圈；2-浇口套；3-定位销；4-定模座板；5-导向柱；6-导套；7-定位销；8-复位弹簧；9-固定螺钉；10-固定螺钉；11-推板导杆；12-推板导套；13-推板；14-推板固定板；15-支撑柱；16-复位杆；17-动模座板；18-垫块；19-固定螺钉；20-支承板；21-型芯零件；22-动模板；23-推件杆；24-塑料制品；25-定模板；26-型腔零件；27-固定螺钉；28-冷却系统；29-固定螺钉
注塑模具的开模过程如图0-7所示。动模部分随注塑机以动模板与定模部分分开。因制品外表面为工作面，内表面是非工作面，外表面光滑，内表面粗糙，外表面脱模阻力小，使制品粘附在动模型芯零件上，使塑料制品先脱离定模部分的型腔零件，与制品一体的浇道凝料被拉出浇口套。注塑机移动模板后移一定距离，操作停止。随后注塑机顶出杆插入动模座板中心孔顶推板，推板沿导向杆向前运动，压缩复位弹簧，同时带推件杆和复位杆移动，推件杆把塑料制品顶离型芯，制品完全脱离模具。塑料制品可用机械或人工取出，与制品一体的浇道凝料由人工去除。接着注塑机顶出杆缩回，复位弹簧弹压推板，推板带推件杆和复位杆一起复位。最后注塑机移动模板带模具动模部分向定模部分闭合，定模部分分型面推复位杆，复位杆带推板，推板带推件杆复位到推件杆顶面与型芯顶面齐平，脱模机构完全复位，结束一个周期。
图0-7 注塑模具的开模过程
2．模具设计流程
在Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中，进行模具设计的基本流程如图0-8所示。
图0-8 模具设计流程
（1）建立模具模型（参照模型和毛坯）
进入模具设计环境后，应先创建一个模具模型。模具模型主要包括参照模型和工件，参照模型是设计模具的参照，来源于设计模型；工件表示直接参与熔料成型的模具元件的总体积。
（2）设置收缩率
从模具中取出注射件后，由于温度及压力的变化会产生收缩现象，所以在Pro/ENGINEER软件中提供了收缩率功能，从而纠正注塑成品零件体积收缩上的偏差。用户通过适当的收缩率来放大参照模型，便可以获得正确的注塑零件。
（3）分型面设计
设计分型面是模具设计中一个十分重要的环节，模具的分型面是打开模具，取出塑件的面。分型面可以是平面、曲面、阶梯面，可以与开模方向垂直，也可与之平行或倾斜，在可能的情况下，模具的分型面应尽可能选择平面形状。
（4）体积块创建
模具体积块是一种占有体积但没有质量的三维封闭曲面特征，在整个模具设计过程中，创建体积块是从坯料和参照零件模型到最终抽取模具元件的中间步骤。创建模具体积块的常用方法有两种：分割和创建。一般而言，如果已经创建了分型面，利用“分割”的方法来建立模具体积块是较为快捷的途径。
（5）凸凹模创建（抽取模具元件）
在模具设计中，模具元件常常通过用实体材料填充先前定义的模具体积块而形成的，这个过程称为抽取。完成抽取后，模具元件成为真正的零件，并在模型树中显示出来，当然它们可以在“零件”模块中被检索到或被打开，并能用于绘图以及用Pro/NC加工。抽取的模具元件保留与父体积块的相关性，如果体积块被修改，则再生模具模型时，相应的模具元件也被更新。
（6）模具开模、模拟和干涉检查
通过定义模具开模，可以模拟模具开启的过程，检查特定的模具元件在开模时是否与其他模具元件发生干涉。
3．常用专业术语
（1）设计模型
设计模型是模具要制造的各种产品，一般是在Pro/ENGINEER的零件设计环境中创建。一般情况下，设计模型不设置收缩率，为了方便零件的模具设计，在设计模型中最好创建开模所需要的拔模和圆角特征。
（2）参照模型
在Pro/ENGINEER模具设计中，并不是直接用设计模型作为参照模型的，参照模型只是参照设计模型的几何，所以两种模型一般是不完全相同的。
（3）工件模型
产品模型装配位置和收缩率设置完成后，就要给产品模型创建毛坯。分型前单个成型零件模块称为成型镶件，也称为成型零件毛坯，简称毛坯。在以后的设计过程中将使用布尔运算方式进行减除计算，从中去除经过收缩率计算后的零件体积，这样就形成了模具的型腔，然后再通过从型腔中提取出的分型曲面对毛坯进行修剪，最终就形成了模具的型芯和型腔两个零件。
（4）模具模型
模具模型是模具设计模块的最高级模型，它是由后缀名*.mfg的文件所组织的一个装配体。打开一个模具模型的文档，可以看到它的模型树中包括参照模型、工件、各种模具元件和模具特征等。
（5）收缩性
金属模具和塑料制品都有热胀冷缩性。规定在注塑模具设计中把常温模具尺寸与塑料制品冷却稳定后的尺寸差别用收缩率表示。
（6）分型线
分型线是指塑料与模具相接触的边界线，一般产品分型线可以根据零件的形状（最大界面处）和脱模的方向有关。
（7）分型面
塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。分型面就是模具动模和定模的接触面，模具分开后由此可取出塑件或浇注系统。
（8）浇注系统
浇注系统是引导塑料进入模腔的流道系统，它的位置和尺寸决定着注射压力损失、热量散失、摩擦损耗的大小和填充的速度。良好的浇注系统设计是模具成功与否的关键，它与模具产品的形状、尺寸以及成型数量有关。浇注系统一般分为主流道、分流道和浇口等3部分。
（9）冷却系统
模具温度控制是提供产品质量，提高生产效率的一个有效途径。模具温度明显地影响收缩率、表面光泽、内应力、填充难易以及注塑周期等。对于一般的温度控制系统，应该使模具温度维持在相对稳定的范围内，因而要在注塑过程中使模腔模芯表面温度均匀。因此，对于大多数的塑料注塑成型来说，它们一般都需要冷却控温。
（10）模架
模架主要用于型芯型腔的装夹、顶出和分离机构，能够提高生产率，便于机械操作。标准模架是由结构、形式和尺寸都已标准化系列化，并且具有一定互换性的零件组合而成。
0.3.3 数控加工的专业知识
1．数控加工原理
数控加工能高效、高精度地加工复杂的零件，特别是曲面较为复杂的型芯和型腔零件。数控英文全称为Numerical Control，简称NC。由数控系统发出的数字脉冲信号经变换放大后变成脉冲电流，脉冲电流通过伺服电动机能产生运动距离。伺服电动机可以做成旋转和直线运动两种形式，因此一个脉冲信号能实现一个旋转步距角或一个直线移动步距。在一个时段内连续发送脉冲信号，脉冲信号的数量就能精确对应旋转电动机转子的转数，单位时间内的脉冲数量称为脉冲频率，控制脉冲频率就能控制转子的转速，所以脉冲信号和能根据脉冲信号作定量运动的伺服电动机是实现数控加工的基本条件。
普通车床是固定在三爪卡盘上的工件随主轴作旋转主运动，固定在刀架溜板上的刀具由手工操作作相对工件的二维进给运动进行切削，普通铣床是固定在主轴上的刀具随主轴作旋转主运动，装夹在工作台上的工件由手工操作相对刀具作三维进给运动进行切削。为了实现数控加工，就按普通机床切削模式用旋转伺服电动机通过传动精度较高的同步带直接驱动主轴作回转主运动，通过控制脉冲频率来控制主运动的转速，从而省去了结构复杂的靠手工操作的变速齿轮箱等。同样用旋转伺服电动机传动精度较高的滚珠丝杠螺母副，把旋转运动变成直线运动；精度很高的数控机床和高速数控机床直接用直线伺服电动机产生直线运动，把中间环节减至最少。
数控系统由加工程序输入工具、译码器、数据处理器和处理软件、数据存储器和脉冲电流输出工具等组成。加工程序用输入工具输入到数控系统，由译码器翻译成处理系统能识别的数据，经软件分析计算变成智能加工数据，存放在存储器中。加工时用输出工具将加工数据变成脉冲电流，输送给X,Y,Z方向的伺服电动机和主轴伺服电动机，伺服电动机通过传动机构形成切削主运动和进给运动。测量装置随时监测实际主运动和进给运动与加工程序所要求的运动量之间的误差，并反馈到数控系统，及时修正伺服电动机的转速，从而精确控制刀具和工件之间的切削运动，这样就实现了自动切削，使平时由半人工操作的金属切削变成了用程序控制的切削，这就是数控加工的原理。
2．Pro/NC数控加工设计流程
Pro/NC数控加工的工艺过程包括创建所需要的加工模型、设置加工操作环境、定义NC序列、生成刀位数据文件、后置处理生成NC代码，最后驱动数控机床进行数控加工，如图0-9所示。
图0-9 数控加工的一般设计流程图
（1）创建制造模型
进行Pro/NC数控加工的第一步就是利用产品设计模型创建制造模型，典型的制造模型包括参照模型和工件等两个部分。另外，也可以在制造模型中添加夹具、工作面板等其他设备，以便于更加精确地定义完整的加工环境。
（2）设定操作参数
在进行数控加工程序设计之前，需要考虑影响加工程序的所有相关数据，并将实际运行加工程序的各项环境参数及操作参数存放在Pro/NC数据库中，如加工机床、加工刀具、夹具、加工坐标系等。
（3）设定NC序列
创建NC序列是用Pro/NC进行加工的重点和难点，一个NC序列主要由名称、刀具、加工工艺参数、退刀面、加工几何（加工范围）等组成。
设置加工工艺参数是数控加工的关键因素之一，它直接影响到加工效率、刀具寿命或零件精度等问题。合理的选择切削用量需要有丰富的实践经验，在数控编程时，只能凭借编程者的经验和刀具切削用量的推荐值初步确定，而最终的切削用量将根据零件数控程序的调试结果和实际加工情况来确定。
合理确定加工工艺参数的原则是：在粗加工时，为了提高效率，在保证刀具、夹具和机床刚性足够的条件下，切削用量选择的顺序是：首先把切削深度选大一些，其次选择较大的进给量，然后选择适当的切削速在度。精加工时，加工余量小，为了保证工件的表面粗糙度，应尽可能增加切削速度，此时可适当减少进给量。
● 粗加工：粗加工是大体积切除工件材料，表面质量要求很低。工件表面粗糙度Ra要达到12.5～25um，可以取轴向切削深度为3～6mm，径向切深为2.5～5mm，为后续半精加工留1～2mm的加工余量。如果粗加工后直接精加工，则留0.5～1mm的加工余量。
● 半精加工：半精加工是把粗加工后的表面加工得光滑一点，同时切除凹角的残余材料，给精加工留厚度均匀的加工余量。半精加工后工件表面的粗糙度Ra要达到3.2～12.5um，轴向切削深度和径向切削深度可取1.5～2mm，给后续精加工留0.3～0.5mm的加工余量。
● 精加工：精加工是最后达到尺寸精度和表面粗糙度要求的加工。工件的表面粗糙度Ra要达0.8～3.2um，轴向切削深度可取0.5～1mm，径向切削深度可取0.3～0.5mm。
（4）NC序列轨迹演示及检测
当完成NC序列设置后，需要对NC加工进行观察，检测刀具的位置、材料的切除过程以及是否存在过切等。在Pro/ENGINEER中可进行屏幕演示、NC检测、过切检测，如图0-10所示。
图0-10 屏幕演示和NC检测
（5）后置处理
刀具路径文件包括完成某一零件加工所必需的加工指令，刀具路径文件并不能用来控制数控机床的运动而实现加工，因此，在实际进行数控加工之前还必须对刀具路径文件进行处理。后置处理就是把这种加工指令解释为特定加工机床所能识别的信息，以创建加工控制数据（MCD）文件，控制数控机床的运动。由于通过后置处理后产生的文件代码可以控制数控机床的运动，所以也称为NC代码。
NC文件是由G、M代码所组成并用于实际机床上加工的程序文件，如图0-11所示。该文件是数控加工最后所得到的结果，也是直接用于实际生产的程序文件。在应用Pro/NC软件直接生成的NC程序一般都需要经过人为修改，试切成功后才能进行正式加工。
图0-11 NC文件后处理结果
3．常用专业术语
（1）参照模型
用二维或三维模型描述产品的设计模型是进行所有数控加工操作的基础，设计模型的特征、表面和边线都可以作为刀具路径的参照。参照设计模型的几何要素，在设计模型和工件之间建立一个关联，正是有了这种关联，当设计模型发生变化时，所有的相关加工操作都将做出相应的变化，从而充分体现了Pro/ENGINEER系统全参数化的优越性。因此在数控加工之间，必须将所有进行加工的零件准确地用二维或三维模型表示出来，而这些图形数据文件则是进行下一步加工设计的依据。
（2）工件
工件就是加工前的毛坯，工件的几何形状可分为任意形状，主要由设计人员根据零件的加工工艺进行确定。毛坯一般为棒料、板料、铸件或锻件等。工件设置不是必须的，如果不关心零件的加工过程，也就是不关心材料的去除情况，这时可以不设计工件。
（3）制造模型
制造模型由参照模型和工件组合而成，参照模型和工件可以通过装配命令组合在一起，一个完整的制造模型应该包括零件形状数据与工件几何形状数据及其空间位置关系。
（4）计算机编程
把加工前的毛坯和完成加工的成品形状、加工刀具尺寸、工件和刀具的材质、人为规定的切削方式和切削参数、机床主运动和进给运动速度、冷却液的开/关、刀具在库架上的位置等信息输入计算机，经分析计算自动生成用X,Y,Z坐标值表示的道具运动轨迹、刀具在轨迹上的进给速度和主运动转速以及机床控制指令等代码，完成这些工作就称为计算机编程。
（5）刀具与工件的相对性
以笛卡儿坐标系三个坐标轴X,Y,Z和绕三个坐标轴转动代码A,B,C命名的数控种类很多，有的是刀具不动工件作进给运动，有的是刀具和工件同时作进给运动。为了编程的统一，规定把刀具对工件的进给运动和工件对刀具的进给运动都看做是刀具相对工件的进给运动，即：是工件不动，刀具作进给运动。
（6）刀轨
数控加工是刀具相对工件作进给运动，而且要在加工程序规定的轨迹上作进给运动。加工程序规定的轨迹是由许多三维坐标点的连线组成，刀具是沿三维坐标点的连线作进给运动，把三位坐标点的连线称为刀轨。
（7）刀具跟踪点
刀具跟踪点是刀具上的一个基准点，刀具跟踪点相对运动的轨迹即加工路线，也成为刀具路径。Pro/NC把刀具轴线与刀具端面的交点来代表刀具，用交点沿刀轨的运动代表刀具沿刀轨运动，如图0-12所示。
图0-12 工件原点、编程原点和机械原点
（8）机床坐标系
刀轨是用很多坐标点来表示的，数控系统驱动刀具从一个坐标点到另一个坐标点，只有坐标点与工件之间是切削位置关系，刀具进给才会切削工件，因此坐标点和工件的相对位置要用一个坐标系来描述。所以每台数控机床都有一个如图0-5所示的X0Y0Z0坐标系，该坐标系称为机床坐标系，机床坐标系的原点O0由生产厂家出厂前设定，一般固定不变。
（9）刀轨插补形式
刀轨插补形式是指组成刀轨的每一段线段的线型，也就是说两个坐标点用怎样的线型连接，常用的有直线、圆弧和样条插补。
（10）刀具长度补偿
加工中心在加工过程中需要经常更换刀具，而每种刀具长短不一，造成刀具上的跟踪点相对主轴不固定。固定刀具的主轴端面中心相对主轴位置不变，为了编程方便，都统一如图0-13所示的主轴端面中心为基准，编程时输入所用刀具的长度，CAM系统就会自动在主轴端面中心基准上作Z轴方向的补偿，确定跟踪点位置，这就称为刀具的长度补偿。
图0-13 刀具的长度和半径补偿
（11）刀具的半径补偿
图0-13所示用两种半径不一的刀具都可以对工件侧面进行切削，刀具跟踪点不是沿着工件侧面轮廓进行切削，而是沿侧面轮廓偏置一个刀具半径的轨迹进行切削。不管刀具半径大小如何，工件侧面轮廓是不变的，为了编程的方便，切削侧面轮廓的刀轨就由侧面轮廓和刀具半径偏置量决定，编程时只要输入要作刀具半径补偿的指令，CAM系统自动以工件侧面轮廓为基准侧向作刀具半径补偿，这就称为刀具半径补偿。
（12）工艺参数
数控加工工艺参数主要包括“铣削速度”、“进给速度”和“切削深度”等。
● 铣削速度：铣刀的圆周切线速度称为铣削速度，通常用主轴转速n表示。
● 进给速度：单位时间内刀具沿进给方向移动的距离，以vf表示。
● 切削深度：切削时铣刀的端面和一个方向的侧面切入工件，端面切入工件的深度成为轴向切削深度，侧面切入工件的深度成为侧向切削深度。