两坐标数控立铣削的过切现象及控制

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圆　数控技术　
３．２进给伺服刚性不足引起的过切　
在开环控制的伺服系统中，当进给伺服刚性不足时　

图１进给伺服刚性不足引起　
的过切及　ｙ向反向　
间隙引起的过切　

易产生过切，这种过切可　
分为两种情况：（１）电机　
转子滞后于定子磁场时，　
若刀具在某点停留时间　
过长可在停留点引起过　切，但这种过切量较小；　（２）转子与定子磁场之间　的相对滑动而失步引起　过切现象的发生。以图１　所示外形加工为例，若从ｃ往Ｄ加工时产生０．０５ｍｍ的　失步，在只考虑失步影响的情况下，尺寸１５ｍｍ的加工结　果为１４．９５ｍｍ，从而产生了０．０５ｍｍ的过切。控制措施有：　①粗、精加工分开；②减小并均匀化余量；③适当地控制　切削用量以减小切削阻力。　３．３机床反向间隙引起的过切　（１　，，向反向间隙引起的过切　当机床反向间隙补偿设定值小于实际反向间隙值　时，加工中若工作台存在换向，则由于补偿值不足以消　除间隙值，从而使工作台不能运动到指令的位置而产生　过切。图１所示为加工路线从Ｏ—Ａ—Ｂ—Ｃ—Ｄ—Ａ的外形铣　削。在尺寸１５ｍｍ的加工中，工作台有换向，间隙补偿要　执行一次，假设设定的补偿值为０．０５ｍｍ，实际间隙值为　０．１ｍｍ，若只考虑间隙补偿的影响，则尺寸１５的加工结　果为１４．９５ｍｍ，从而产生了０．０５ｍｍ的过切量。应该指出　的是，内形和外形加工的结果正好相反，反向间隙补偿　设定值大于实际值的情况与反向间隙补偿设定值小于　实际反向间隙值的情况相反。特别要注意的是工作台　轴和，，轴反向间隙不一致时的情况。控制这种过切的措　施有：①经常检查机床的反向间隙，精确测定反向间隙　值并由机床进行自动补偿；②充分利用零件公差，将大　公差的尺寸方向置于反向间隙补偿误差较大的方向；③　根据丝杠反向间隙补偿误差的大／Ｊ　改加工程序。例如，在　图１中加工ＣＤ段直线轮廓时，若程序给定刀具走的行程　为１５．０５ｍｍ，则实际走的位移为１５ｍｍ，也能有效地消除　过切。　（２）ｚ向丝杠螺母反向间隙引起的过切　图２所示外形零件加工按从Ａ—Ｏ—Ｂ进行，当ｚ向存　在反向间隙时，加工在Ｏ点可能出现过切台阶，如图中网　１　００　ｌ机械工程师２００７年第６期　格区所示。产生这一现　象的原因是机床ｚ轴在　过Ｏ点时要进行反向　间隙补偿（设补偿值为　０．０２ｍｍ），从图中可以　看出Ｏ点两边丝杠和　螺母的接触面是相同　的，但两边的进给驱动　作用面是不一样的，对　于丝杠而言，Ｏ点左边是螺旋面的上面，右边是螺旋面的　下面。若反向补偿正好消除反向间隙，由于滚珠丝杠不能　自锁，则主轴箱重力的作用相当于产生附加的ｚ向进给　力，这一作用力所能作用的范围等于反向间隙值，从而产　生０．０２ｍｍ的过切。控制的措施是：①调整丝杠螺母之间　的间隙，使其在零间隙或小过盈的状态下工作；②编程消　除反向间隙的影响，即先从Ａ至Ｏ加工，在Ｏ点抬刀，再　
从曰往Ｏ加工，再抬刀。　
３．４毛坯余量不均匀引起的过切　
图３所示是余量　
不均匀时引起过切的　

一
种情况，此时加工　
从右往左进行，当以　
右边试切调整加工　
时，在左边余量小的　
地方可产生过切。余　
量不均匀对过切的影　
响本质上是在机床刚性一定的条件下通过对切削力的影　
响而影响的，只要能从工艺上控制，使精加工时的余量一　
致，则可大大减小过切发生。　
３．５　Ｂ功能尖角过渡引起的过切　
具有Ｂ功能尖角过渡的数控系统在尖角过渡时自动　
地插入圆弧进行尖角过渡。在这种条件下，当加工内型零　
件的拐角半径小于刀具半径时，必将产生过切。图４描述　
了Ｂ功能尖角过渡机床在内形加工时的过切情况。刀具　
走过的路线如箭头所示，从Ｄ到Ｃ是沿圆心在Ｏ点的弧　
ＤＣ走过的，从而在网格区产生了过切。在外形加工时，尖　
角过渡处由于也是圆弧过渡，刀具在拐角处长时间接触　
加工，此时切削力的方向也在不断地变化，因工艺系统的　
弹性恢复在拐角处易产生过切，如图５阴影区所示。控制　
的措施是：①在内型尖角过渡时采用人工加入略太于刀　
具半径的过渡圆弧编程加工；②采用类似ｃ功能尖角过　
渡的方法编程加工。　

３．６　ＸＹＺ轴联动功能引起的过切　
ＸＹＺ轴联动可以分为两种情况：①在切人时，先运动　
ＸＹ两轴，再运动ｚ轴，退刀时，先运动ｚ轴，再运动ＸＹ　
轴；②在切人及退刀时，ＸＹＺ三根轴均同时运动。对于情　
况①，在工艺安排中一般不易过切，因为机床这种运动方　
式已相当于提供了一种保护。但对于情况②，当工艺安排　
不合理时则可能导致过切，图６所示刀具从Ａ一曰进行加　

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工，按图示状态加工则可能　
在图中阴影区产生过切。这　种情况经常发生在内型加工　进、退刀时。在外形加工时，　若刀具加工前停的位置不合　理（如过低或方向不合理），　也可能导致类似图６所示的　过切发生。解决的方法是：编　程时人为地将ＸＹ平面与ｚ　方向的运动分成两个程序　段，切人时先确保ｚ轴至安全高度，再运动ＸＹ，最后运动　ｚ向进刀。在退刀时，先抬ｚ轴，再运动ＸＹ轴。　３．７自动加减速控制功能引起的过切　数控系统一般都具有　自动加减速控制功能，正　是这一功能的存在，导致　加工中过切。图７所示为　自动加减速的情况下加工　时的过切情况。按箭头所　示方向加工时，因为　轴　减速有一个过渡阶段，ｌ，　轴的启动加速也有一个过渡阶段，加工中　轴减速还没　有完成时ｌ，轴已经启动，这两个阶段的连接由一个被称　为到位宽度的参数　（在系统参数中可设定）所控制，若　大，则进给换向快，过切量越大，反之过切量越小，但　进给换向慢。虽然可能的过切量并不大，但在高精度加　工中是不可忽视的。控制这种现象发生的措施有：①机　床功能具备的条件下采用准停指令加工；②拐角加工时　逐步减小进给速度可以减小过切量；③调整系统中的　参数。　３，８进给速度过高引起的过切　对于大惯量的进给伺服系统，若加工中进给速度太　快，则由于惯性的作用导　致超程而过切。图８所示　是超程过切的一种情况，　箭头所示是进给方向，阴　影区是过切区。减小这种　过切的措施是：控制进给　速度，即在接近拐角区设定减速区，使工作台的进给速度　逐步减小。　３．９半径补偿功能引起的过切　半径补偿功能大大地方便了编程，但在有些情况下　可能导致过切现象的发生，主要表现在：　￣／Ｊｎ＿Ｔ＿４，于刀具半径的台阶；￣／Ｊｎ＿Ｔ＿４，于刀具半径　的沟槽；￣／Ｊｎ３：轮廓半径小于刀具半径的内型。这些过切　都是由于系统本身的功能的限制所形成的，这三种过切　现象的形成原因在文献［３］已有详细的介绍，不再赘述。　３ＪＤ编程时半径补偿功能运用不当引起的过切　这种过切现象可以分为３种类型：①刀补建立及取　消引起的过切；②连续两　个或两个以上程序段无　
移动指令引起的过切（这　
种情况要视具体的数控　
系统而定，不同的系统预　
读的程序段数不一样，有　
多有少）；③半径取消时　
导致过切，如图９所示。　

圆　

前两种在文献［１］中已详细论述。对于第③种情况，当图　
示外形加工从Ａ一曰一ｃ—Ｄ＿Ｙ４完成时，若在图示位置不抬ｚ　
轴便取消半径补偿，必将产生网格区所示的过切。原因是　
取消半径补偿刀具中心将恢复到编程轮廓线上，如图９　
中点划线圆所示。对于三轴联动的机床，即使一边抬ｚ轴　

一
边取消半径补偿也会过切，这是因为半径补偿取消是　
按快速运动的速度进行，刀具还没来得及抬离工件半径　
补偿取消可能已经完成。解决的措施是：①将刀具进给到　
离开工件的距离大于一个刀具半径的位置再取消半径补　
偿；②先将ｚ轴抬离工件后再取消半径补偿。　
３．ＪＪ　工艺安排不合理引起的过切　
数控加工的工艺安排与编程的相关考虑往往是相互　
关联的，通常需要综合考虑，既要考虑工艺，也要考虑编　
程的需要。在以下情况下要特别注意工艺的安排：①窄小　
的内形里建立补偿或取消补偿由于辅助距离不够，容易　
导致过切，此时一般可以采用刀具中心编程来加工。②沿　
轮廓的法向进刀时可能导致过切，这是因为若在法向切　
人点产生停顿，由于切削力的变化，工艺系统的弹性恢复　
可导致过切。避免的方法是采用切向切入和切出。③对于　
有的数控系统，半径补偿建立的辅助距离小于刀具半径　
时也会导致过切。解决的方法是工艺上使建立补偿的辅　
助距离大于刀具半径。④工艺安排引起过切要视具体的　
情况而定，具体问题具体分析。　
４结语　
在实际加工中，各影响因素往往是综合作用的，实际　
的过切情况复杂得多。但只要清楚了各种主要过切的现　
象及原因，便可对具体问题具体分析，从而预防过切现象　
的发生，保证产品质量。　
［参考文献］　
［１］黄登红，王建平．刀具半径补偿中的过切现象及对策探讨［Ｊ］．现　
代制造工程，２００５（１０）：２６—２７．　
［２］王粟　数控加工中心的过切现象分析［Ｊ］．现代机械，２００５（５）：　
５９—６０．　
［３］覃岭　模具型腔数控铣削加工中的过切现象［Ｊ］．模具制造技术，　
２００４（１）：６１—６２　
［４］顾京．数控机床加工程序编制［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００１．　
［５］刘雄伟，张定华，王增强．数控加工理论与编程技术［Ｍ］．北京：机　
械工、Ｉ　出版社．２０００．　（编辑立　明）　

作者简介：郑英（１９６９一），男，硕士研究生，教师，工程师，技师，主要从　
事数控加工及材料ｈ－ｙ－－ｙ－程方面的研究。　
收稿日期：２００６—１２—１７　

机械工程师２００７年第６期《１　０１　

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