数控铣削加工中过切现象的研究与控制

摘要：文章以推动工业行业发展为前提，针对数控铣削加工中过切现象，首先分析了刀具半径具备的补偿功能，其次对刀具半径补偿计算展开了论述，最后针对刀具补偿中过切问题，提出了解决建议，从而了解决数控铣削加工中过切问题的有效方法。

关键词：数控铣削加工；过切现象；刀具半径；编程轨迹

数控机床加工体现了非常强的自动化水平与精准度，在零件适应性方面也具备非常强的优势，所以在加工过程中得到了广泛的应用，尤其是数控铣床的运用。在实际加工作业期间，数控铣床加工编程使用的程序是以工件轮廓为参照，加工期间刀具中心运动轨迹并不在考虑范围之内。所以需要发挥刀具半径的补偿功能，将刀心轨迹重合编程实际轨迹。但是刀具半径补偿会出现刀位过切的现象，这就需要了解过切的原因，并且予以补偿，对生产产品质量提供保证。

1 刀具半径具备补偿功能分析

实际加工数控铣削的过程中，加工程序均是以工件轮廓轨迹为参考实施编制，一般将其称之为编程轨迹， 加工期间刀心轨迹并不作为考虑因素。因为刀具半径的原因， 会导致刀心轨迹和编程轨迹无法重合，为了能够保证工件表面轮廓的准确性，需要使用刀具半径指令设置刀心轨迹和编程。

鉴于此，这就涉及到数控系统刀具半径补偿功能，即编程工作者在存储单元内寄存刀具半径值，按照零件轮廓形状组织程序编制[1]。实际加工期间， 数控系统会按照编程轨迹以及刀具半径，通过计算的方式得出刀心轨迹，保证刀具、零件与不同程序段相对运动相符， 进而获得符合加工要求的零件。如此一来，相同零件的加工便可以应用不同半径刀具来实现，以免因为刀具半径改变导致程序变动， 有助于提高编程效率以及程序可读性。按照数控系统本身所具备的功能， 但凡程序设置了刀具半径补偿指令，数控系统在操作期间都可以从组建刀具半径补偿程序段进行操作，并且对后面两个程序段进行预读。

2 刀具半径补偿计算操作

实际加工数控机床上零件的过程中，数控系统会对刀具进行控制，让刀位点按照数控加工程序设定轨迹实施位移。刀位点其实就是刀具编程点。针对立铣刀以及键槽铣刀，这两种刀位点即刀具端面中心点，要与图纸要求的工件轮廓相符，刀位点移动轨迹务必要与工件轮廓保持相应的距离。法向距离即刀具半径，用RD表示。所以，实际编程加工期间，需要开展刀具半径补偿工作[2]。刀具半径补偿主要被分为人工补偿、机床补偿，如果使用人工补偿方式，因为这种方法是以人工方法对最后的刀位点轨迹进行确定，随后根据刀位点轨迹对坐标进行计算，按照计算所得结果编写程序，所以在这一过程中不会出现过切现象。如果使用机床补偿，编程只是根据工件轮廓对坐标进行计算，在程序内针对指令机床展开刀具半径补偿。实际运行程序期间，机床按照指定刀偏指令以及刀具半径RD大小，明确刀位点轨迹，使刀具能够依据刀位点轨迹展开位移，以此获得与图纸要求相符的工件轮廓。

按照不同的铣削方式，刀具在工件轮廓中的偏移方向分为刀具左偏与右偏两种。一旦运用立铣刀、键槽铣刀进行零件的加工，并且插补平面显示为XOY坐标面，这时如果使用顺铣的方式，则为刀具左偏；如果使用逆铣的方式，则刀具右偏。

如下图所示，若编程轮廓显示为AB和BC，那么走刀方向则显示为ABC，这时刀偏指令是G41，将刀具当前点设置为A1点，那么刀具半径补偿期间，CNC会先读出AB轮廓程序段，按照指定刀偏指令和刀具半径RD，对AB轮廓针对的刀心轨迹，即A1B1进行计算。随后再读出BC轮廓程序段，并且计算BC轮廓对应的刀心轨迹，即B2C1。按照最后的计算结果，纠正A1B1终点以及B2C1起点。如果A1B1、B2C1与B3相较，那么纠正之后的A1B1终点则是B3，纠正之后的B2C1起点则是B3。再将A1B3数据当做AB轮廓的刀位点轨迹，将其放入插补寄存器中开始计算。如果A1B1和B2C1两点不相交，那么A1B1终点、B2C1起点则可以将过渡轨迹插入其中。

3 解决刀具补偿中过切问题的建议

3.1 刀具补偿过切

刀具补偿过切问题的出现，一般会形成于刀偏完成以及取消时连接过渡轮廓、工件轮廓部位。所以，难免会出现过切问题，解决这一问题的重点是过渡轮廓的合理选项。可以将过渡轮廓设置在工件輪廓切线方位，这样将会出现过切。若以斜线切入或者切出，在过渡轮廓和工件轮廓上形成角度，保证尺寸大于等于RD，如此一来便可以将过切问题合理规避。然而若使用这一方法，随之而来的问题是，切入、切出刀具时，点A进给速度的方向会出现方便化，所以A点周围会设置一个加减速流程。当刀具经过A点周围时，进给速度与工件轮廓中其余点相比，前者的相对进给速度比较小。所以，A点附近的刀具在切削的过程中，工艺系统受力会出现的变形现象，与其他工件轮廓中其余点处切削相比，刀具的变形比较小，所以A点工件表面会形成刀痕。若对零件表面质量的要求严格，使用斜线切入切出的方式并不能得到理想的效果。相比之下，可以使用切线切入或者切出的方式，将刀具切削刃经过的轨迹和工件轮廓以切线的形式进行连接。和切入点A呈相切关系，圆心角与90b圆弧相等，且和AB呈切入过渡轮廓的点，将两边作为刀偏完成、取消过渡轮廓。

3.2 加工内角交接过切

如果铣削零件轮廓内角期间出现过切，可能是因为以下原因导致：第一，铣刀不断运动到内角的交接处，和工件接触面积突然扩大，同时增加其切削力，经过拐角由铣两面变为铣一面，减小切削力，这时工艺系统弹性变形会保持原样，导致工件加工表面内侧出现变形的现象，以此形成过切问题。第二，针对大惯性系统，一旦提高进给速度，

这时会因为产生的运动惯性使刀具出现过切问题。针对以上两点问题的解决方法如下：第一，合理选择刀具，保证有良好的刚性、抗震性强、热变形小。尽管刀具质量的提升也提高了刀具成本，却可以对加工质量提供保证。第二，以进给速度为根据展开分级编程。通过这两点方法可以有效解决加工内角交接导致的过切现象。

3.3 轴速度减缓过切

如果加工时零件的拐角是直角，加工路线按照正交坐标轴进行，其中一个坐标的伺服系统位置指令在输入停止时，另外坐标轴的伺服系统会马上接收发出的位置指令，并且瞬间提升速度。然而如果指令突然变化，第一轴会在指令所处位置出现滞后量，第二轴一旦加速，那么第一轴还没有到达拐点，便会出现过切现象。针对这一现象的解决方法如下：第一，实际编程的过程中，针对第一坐标可以使用分级降速，或者是程序转段设置自动加速与加速的功能。第二，使用正确的装夹方式，以免加工过程中路线恰好按照基本点正交坐标轴进行。第三，编程的过程中要在拐角位置稍作停顿。

4 结语

综上所述，实际开展数控切削加工作业时，导致过切现象的原因并不局限于一方面，零件结构工艺、刀具选择不当都会导致过切。此外，机床夹具呈现刚性以及机床间隙都会导致过切。针对过切现象，需要在数控加工零件的过程中按照应视图形特征，从刀具补偿过切、加工内角交接过切、轴速度减缓过切等多个方面采用相应的解决对策，以免出现过切问题。也为今后数控铣削加工的顺利进行提供参考。

参考文献：

[1]宗冬芳.试论模具深腔曲面多轴数控铣削加工技术[J/OL].中国培训，1.

[2]李聪波，朱岩涛，李丽，陈行政.面向能量效率的数控铣削加工参数多目标优化模型[J].机械工程学报，2016，52（21）：120129.

[3]陈辉.浅谈数控铣削加工中切削用量的选择[J].企业导报，2012（23）.

[4]程艳，赵华新.数控铣床典型零件的手工编程[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2009（02）.

[5]刘恩福，刘晓阳，方忆湘.基于多色集合理论的数控加工刀具优化选择研究[J].组合机床与自动化加工技术，2012（06）.

作者简介：吴世萍（1980），男，汉族，广西浦北县人，研究生，讲师，研究方向：职业技术教育。