数控加工论文[1]

2020-03-02 23:05:41 来源：范文大全收藏下载本文

浅析数控加工中的过切现象及应对策略

赵玉刚$张$健$于光伟$胡$柳

（山东理工大学机械工程学院，山东淄博 %\"\"&’(）

摘!要：数控系统在使用刀具半径补偿功能时，由于数控编程或工艺处理不当等，易产生工件过切现象。针

对以上过切现象，分析其原因并提出应对策略。

关键词：过切!刀具半径补偿!数控编程

中图分类号：\"#$%&! !文献标识码：’

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D8BE5N8 ;.FF51/O

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近些年，由于数控加工的需要，大部分数控系统都废。本文针对经常出现的几种过切情况进行分析，给

已经具备了刀具半径补偿功能。在编程时，技术人员出应对策略并加以实现。只需给出刀具半径值，并按照工件轮廓轨迹编制程序 $!数控加工中的过切现象及应对策略

代码，而不必经过繁琐的计算得到刀具中心轨迹路径。这种只需改变刀具半径而无需改变程序就可以实现不$O $!加工小于刀具半径的内圆弧面

同刀具的数控加工，为数控加工带来方便。然而，数控当加工内轮廓圆弧，圆弧的半径小于刀具半径值

机床在加工中，由于编程轨迹处理不当、工艺过程处理时，此段圆弧刀具半径补偿将会导致过切，数控系统出

不当等原因导致切削过量现象，称为“过切”［!］。过切现报警提醒并停止于将要过切语句的起始位置［%］。现象直接影响工件的表面质量，甚至导致加工产品报图!在加工圆弧!!&拐角处，半径为!!\" 的刀具

))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))

备倍受推崇。因此笔者认为，柔性化生产和敏捷性生 %!缸体生产线工艺发展趋势

产是缸体生产线的工艺发展趋势。

汽车行业是一个技术密集型、资金密集性、劳动密参考文献

集型的产业，基于节省投资的需要，要求发动机生产线［!］叶伟昌O改进珩磨头结构提高珩孔质量［4］O机械工艺师，!((T（#）O 尽可能满足多品种生产的需要。同时由于国际环保和［%］葛延翔，郑云龙O缸孔平台网纹珩磨的评定方法和工艺实践［ 4］O汽

节能呼声的高涨，各国对汽车的排放、油耗提出了更高车制造业，%&&’（#）O 的限制，因此要求产品开发人员对发动机的持续性升［U］陶前昭，李胜柱O缸孔平台网纹珩磨工艺［

4］O现代制造工程，%&&%

级和改进已成为现实。所以发动机生产模式由传统的（U）O 少品种、大批量的生产模式向多品种、中小批量的生产作者：董克安，男，!(T%年生，工程师，技术部长，

模式过渡，从而柔性化生产和敏捷性生产的重要性也主要从事发动机的生产制造工作，致力于新技术、新工

日益在发动机领域突显出来。美国福特公司、日本本艺的研发应用。

田公司等国际汽车龙头企业越来越关注发动机的柔性（编辑$谭弘颖）$$ 化生产和敏捷性生产，从而在发动机机加工生产线中，（收稿日期：%&!& V&W V!W）$$

文章编号：!!&!’\"象立式加工中心、卧式加工中心等具有相当柔性的设如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。

·$ $$!\"# ·

出现过切现象，若机床不停止加工，在两个端点处出现

阴影部分的过切区域。因

此针对此种情况，若对过渡

圆弧有尺寸要求，应使得刀

具半径值小于加工的圆弧

半径；若要求不是很严格，

在做刀补处理时，可以省略

过渡圆弧，用刀具外形轮廓

代替需要加工的圆角。

!% \"#加工长度小于刀具直

径的沟槽

!% &% !$刀具过切现象

如图

&所示，被加工凹

槽底部宽度小于刀具直径

时，启动刀具半径补偿功

能，刀具中心轨迹为 ’! (!

)!*! ，在 (!、)! 点处出现过

切削区域如图 &阴影部分。

在这种情况下，机床数控系

统会报警并停留在该程序

段的起点位置。

!% &% &$刀具过切现象的应

对策略

若想加工出底部凹槽，需更改刀具，缩小刀具半

径，使得刀具直径值小于底部凹槽 ()的长度；若受到

加工条件的限制，不能改变刀具，此种情况只能改变刀

具半径补偿功能，附加一个过切判断。在刀具半径补

偿中，可以通过编程矢量与其相对应的修正矢量的标

量积的正负进行判别。在上图中，!\"为编程矢量，!!

\" ! 为

!\"对应的修正矢量，!为它们之间的夹角。则

标量积为

!\"·!! \" ! !\" !! \" ! \"\" !! \" ! + ,-.!（!）

显然，当 !\"·!! \" ! /0（即 102 / ! / ）时，刀

具就要背向编程轨迹移动，造成过切削。图 &中 ! 3

!402，所以必定产生过切削。

假设

#! 坐标为（$0，%0），&! 坐标为（ $! ，%! ），刀具

中心轨迹的交点 ’（$，%），且 #! !! 的单位方向向量为（($0，(%0），\" ! $! 的单位方向向量为（($! ，(%! ），则存在

如下的关系式：

{（$0)$）(%0)（%0)%）($0!0（$)$! ）(%!)（%!)%）($!!0 （&）

可得到刀具中心轨迹的交点’，从而将没有过切判断的刀具中心轨迹*!#!&!+! ，

经过切判断并简化刀

具轨迹为 * ! ’+! ，这样可以解决过切问题，但不能加工

出底部的凹槽。图

5为凹槽过切时，刀具半径补偿经

过切判断，改变了走刀路线，避免了过切。

!, $#尖角加工的过切现象及处理 !, 5, !$刀具半径过大的情况在数控加工中经常会

出现尖角情况，若刀具半径足够小，加工的刀具轨迹可以无限接近凹角顶点；但若

刀具半径很大，超过了夹角端口的宽度，不仅此处凹角

不能加工，而且对其他轮廓轨迹带来过切。图 6为尖

角加工的过切现象，阴影部分为刀具在交点处的过切区域。

尖角加工的刀具半径补偿功能的过切判断与上面凹槽的判断相似，将编程轨迹 #&与刀具中心轨迹 !! \" ! 做矢量乘积，判断正负，从而得到是否过切。若对此种过渡类型的加工无严格要求，可以简化刀具轨迹，即得到 #! !! 与 \" ! $! 的交点，最终刀具中心轨迹为 * ! ’+! 。图

\"是加工尖角，出现过切现象时，经过切判断而简化的刀具中心轨迹。

图

\"中，内圈图形为无刀补的刀具中心轨迹（即轮廓轨迹），外圈为半径为 !0 77的刀具中心轨迹，在

右侧尖角处出现过切现象，刀具半径补偿功能经过切判断，对原始的刀具路径轨迹进行修改，形成新的刀具路径。

·$ $$!\"# ·

!% &% ’$内角交接处的过切

加工零件内角时，刀具半径小于内角端口的宽度也可能产生过切，原因如下：（!）当刀具运动至内角交点处，刀具与工件的接触面积增大，致使工件作用于刀具的切削力增大，转过拐角时，刀具变为单面作用，切削力减小，工艺系统弹性变形恢复，导致刀具向工件加工侧延伸，产生过切；大惯性系统，

（’）对于大增益、进

给速度过高，其运动惯性导致工件过切［&］。

应对策略：（!）选择刚性好，抗振及受热应力变形小的短柄刀具；（’）采用进给速度的分级，使得在拐角处降低进给速度，从而减小刀具惯性，达到减小过切区域的目的。

!\" #$刀具半径补偿的建立与

!轴的切入操作

开始加工工件前，在即将接触工件的位置建立刀具半径补偿，再进行

!轴方向的切入，为保证程序运

行后得到正确的工件轮廓而不产生过切，编程时须注意加工程序的结构［(］。

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根据刀具半径补偿功能编程规则，在

\"#$平面

内建立刀具半径补偿后，不能连续出现两段 !轴的移

动指令，否则会出现补偿位置不正确，系统无法获得下一步补偿矢量，系统并不报警，补偿照样进行，从而出现过切现象，如图 3所示。

为避免过切现象的发生，对刀具半径补偿功能的源程序进行修订，在获得刀具建立行后，继续读取程序行，直到获得下一段程序的补偿矢量（即 *6行），而此

种判断是通过加工指令与 \"#$平面坐标关系判定的。图

6所示，是对刀补程序进行修订后得到的模拟仿真

·$ $$!\"# ·

图。

!% %$各轴速度滞后性引起的过切

加工转角为直角的工件轮廓，其刀具中心正好沿

着两正交轴移动，在某一坐标伺服系统的位置为加工终点，而另一个正交轴伺服系统紧接着接受位置指令，速度瞬间从零加速至指定值。但在两正交轴改变的瞬间，第一正交轴对指令位置有滞后性，使得第二正交轴加速时，第一正交轴未到达拐点，出现过切。

应对策略：（!）在编程时，对第一正交轴采用分级加度，或编程轨迹改变时有自动减速和加速功能；（’）改变编程中正交轴的位置；（&）编程时在拐角处停留一段时间［\"］。

&$结语

以上分析了数控加工过程中的几种过切现象及应对策略。当然，引起过切的因素是多方面的，在编制数控加工程序时，需综合考虑零件结构、刀具选择和编制的数控程序代码等，才能得到规定的工件形状。

参考文献

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（编辑$余$捷）$$ （收稿日期：’)!) 5)\" 5!,）$$

文章编号：!!)!(3 如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。