數控銑削加工中過切現象的研究與控制

摘要：文章以推動工業行業發展為前提，針對數控銑削加工中過切現象，首先分析了刀具半徑具備的補償功能，其次對刀具半徑補償計算展開了論述，最后針對刀具補償中過切問題，提出了解決建議，從而了解決數控銑削加工中過切問題的有效方法。

關鍵詞：數控銑削加工；過切現象；刀具半徑；編程軌跡

數控機床加工體現了非常強的自動化水平與精準度，在零件適應性方面也具備非常強的優勢，所以在加工過程中得到了廣泛的應用，尤其是數控銑床的運用。在實際加工作業期間，數控銑床加工編程使用的程序是以工件輪廓為參照，加工期間刀具中心運動軌跡并不在考慮范圍之內。所以需要發揮刀具半徑的補償功能，將刀心軌跡重合編程實際軌跡。但是刀具半徑補償會出現刀位過切的現象，這就需要了解過切的原因，并且予以補償，對生產產品質量提供保證。

1 刀具半徑具備補償功能分析

實際加工數控銑削的過程中，加工程序均是以工件輪廓軌跡為參考實施編制，一般將其稱之為編程軌跡， 加工期間刀心軌跡并不作為考慮因素。因為刀具半徑的原因， 會導致刀心軌跡和編程軌跡無法重合，為了能夠保證工件表面輪廓的準確性，需要使用刀具半徑指令設置刀心軌跡和編程。

鑒于此，這就涉及到數控系統刀具半徑補償功能，即編程工作者在存儲單元內寄存刀具半徑值，按照零件輪廓形狀組織程序編制[1]。實際加工期間， 數控系統會按照編程軌跡以及刀具半徑，通過計算的方式得出刀心軌跡，保證刀具、零件與不同程序段相對運動相符， 進而獲得符合加工要求的零件。如此一來，相同零件的加工便可以應用不同半徑刀具來實現，以免因為刀具半徑改變導致程序變動， 有助于提高編程效率以及程序可讀性。按照數控系統本身所具備的功能， 但凡程序設置了刀具半徑補償指令，數控系統在操作期間都可以從組建刀具半徑補償程序段進行操作，并且對后面兩個程序段進行預讀。

2 刀具半徑補償計算操作

實際加工數控機床上零件的過程中，數控系統會對刀具進行控制，讓刀位點按照數控加工程序設定軌跡實施位移。刀位點其實就是刀具編程點。針對立銑刀以及鍵槽銑刀，這兩種刀位點即刀具端面中心點，要與圖紙要求的工件輪廓相符，刀位點移動軌跡務必要與工件輪廓保持相應的距離。法向距離即刀具半徑，用RD表示。所以，實際編程加工期間，需要開展刀具半徑補償工作[2]。刀具半徑補償主要被分為人工補償、機床補償，如果使用人工補償方式，因為這種方法是以人工方法對最后的刀位點軌跡進行確定，隨后根據刀位點軌跡對坐標進行計算，按照計算所得結果編寫程序，所以在這一過程中不會出現過切現象。如果使用機床補償，編程只是根據工件輪廓對坐標進行計算，在程序內針對指令機床展開刀具半徑補償。實際運行程序期間，機床按照指定刀偏指令以及刀具半徑RD大小，明確刀位點軌跡，使刀具能夠依據刀位點軌跡展開位移，以此獲得與圖紙要求相符的工件輪廓。

按照不同的銑削方式，刀具在工件輪廓中的偏移方向分為刀具左偏與右偏兩種。一旦運用立銑刀、鍵槽銑刀進行零件的加工，并且插補平面顯示為XOY坐標面，這時如果使用順銑的方式，則為刀具左偏；如果使用逆銑的方式，則刀具右偏。

如下圖所示，若編程輪廓顯示為AB和BC，那么走刀方向則顯示為ABC，這時刀偏指令是G41，將刀具當前點設置為A1點，那么刀具半徑補償期間，CNC會先讀出AB輪廓程序段，按照指定刀偏指令和刀具半徑RD，對AB輪廓針對的刀心軌跡，即A1B1進行計算。隨后再讀出BC輪廓程序段，并且計算BC輪廓對應的刀心軌跡，即B2C1。按照最后的計算結果，糾正A1B1終點以及B2C1起點。如果A1B1、B2C1與B3相較，那么糾正之后的A1B1終點則是B3，糾正之后的B2C1起點則是B3。再將A1B3數據當做AB輪廓的刀位點軌跡，將其放入插補寄存器中開始計算。如果A1B1和B2C1兩點不相交，那么A1B1終點、B2C1起點則可以將過渡軌跡插入其中。

3 解決刀具補償中過切問題的建議

3.1 刀具補償過切

刀具補償過切問題的出現，一般會形成于刀偏完成以及取消時連接過渡輪廓、工件輪廓部位。所以，難免會出現過切問題，解決這一問題的重點是過渡輪廓的合理選項。可以將過渡輪廓設置在工件輪廓切線方位，這樣將會出現過切。若以斜線切入或者切出，在過渡輪廓和工件輪廓上形成角度，保證尺寸大于等于RD，如此一來便可以將過切問題合理規避。然而若使用這一方法，隨之而來的問題是，切入、切出刀具時，點A進給速度的方向會出現方便化，所以A點周圍會設置一個加減速流程。當刀具經過A點周圍時，進給速度與工件輪廓中其余點相比，前者的相對進給速度比較小。所以，A點附近的刀具在切削的過程中，工藝系統受力會出現的變形現象，與其他工件輪廓中其余點處切削相比，刀具的變形比較小，所以A點工件表面會形成刀痕。若對零件表面質量的要求嚴格，使用斜線切入切出的方式并不能得到理想的效果。相比之下，可以使用切線切入或者切出的方式，將刀具切削刃經過的軌跡和工件輪廓以切線的形式進行連接。和切入點A呈相切關系，圓心角與90b圓弧相等，且和AB呈切入過渡輪廓的點，將兩邊作為刀偏完成、取消過渡輪廓。

3.2 加工內角交接過切

如果銑削零件輪廓內角期間出現過切，可能是因為以下原因導致：第一，銑刀不斷運動到內角的交接處，和工件接觸面積突然擴大，同時增加其切削力，經過拐角由銑兩面變為銑一面，減小切削力，這時工藝系統彈性變形會保持原樣，導致工件加工表面內側出現變形的現象，以此形成過切問題。第二，針對大慣性系統，一旦提高進給速度，

這時會因為產生的運動慣性使刀具出現過切問題。針對以上兩點問題的解決方法如下：第一，合理選擇刀具，保證有良好的剛性、抗震性強、熱變形小。盡管刀具質量的提升也提高了刀具成本，卻可以對加工質量提供保證。第二，以進給速度為根據展開分級編程。通過這兩點方法可以有效解決加工內角交接導致的過切現象。

3.3 軸速度減緩過切

如果加工時零件的拐角是直角，加工路線按照正交坐標軸進行，其中一個坐標的伺服系統位置指令在輸入停止時，另外坐標軸的伺服系統會馬上接收發出的位置指令，并且瞬間提升速度。然而如果指令突然變化，第一軸會在指令所處位置出現滯后量，第二軸一旦加速，那么第一軸還沒有到達拐點，便會出現過切現象。針對這一現象的解決方法如下：第一，實際編程的過程中，針對第一坐標可以使用分級降速，或者是程序轉段設置自動加速與加速的功能。第二，使用正確的裝夾方式，以免加工過程中路線恰好按照基本點正交坐標軸進行。第三，編程的過程中要在拐角位置稍作停頓。

4 結語

綜上所述，實際開展數控切削加工作業時，導致過切現象的原因并不局限于一方面，零件結構工藝、刀具選擇不當都會導致過切。此外，機床夾具呈現剛性以及機床間隙都會導致過切。針對過切現象，需要在數控加工零件的過程中按照應視圖形特征，從刀具補償過切、加工內角交接過切、軸速度減緩過切等多個方面采用相應的解決對策，以免出現過切問題。也為今后數控銑削加工的順利進行提供參考。

參考文獻：

[1]宗冬芳.試論模具深腔曲面多軸數控銑削加工技術[J/OL].中國培訓，1.

[2]李聰波，朱巖濤，李麗，陳行政.面向能量效率的數控銑削加工參數多目標優化模型[J].機械工程學報，2016，52（21）：120129.

[3]陳輝.淺談數控銑削加工中切削用量的選擇[J].企業導報，2012（23）.

[4]程艷，趙華新.數控銑床典型零件的手工編程[J].安徽水利水電職業技術學院學報，2009（02）.

[5]劉恩福，劉曉陽，方憶湘.基于多色集合理論的數控加工刀具優化選擇研究[J].組合機床與自動化加工技術，2012（06）.

作者簡介：吳世萍（1980），男，漢族，廣西浦北縣人，研究生，講師，研究方向：職業技術教育。