1、数控铣削中过切现象分析研究李 莉(天津滨海职业学院,天津塘沽300450)摘 要 本文探讨了数控铣削过程中发生过切现象的主要原因,并且提出了相应的解决措施。关键词 现象 数控铣床 铣削 刀补在机械加工领域中,数控机床已成为现代机床的重要发展方向。虽然它具有自动化程度高、加工精度高、适用性强等优点,但是在加工过程中出现的问题不能像普通机床那样较自由地进行人为调整。所以在数控加工中必须注意加工过程的每一个细节,周密考虑,力求准确无误。在实际编程时,由于一个很小的疏忽常酿成加工过程中切削过量(即“过切现象”) 。它直接影响工件加工精度,甚至导致加工产品报废。本文就数控铣削过程中过切现象的成因及预防对
2、策进行探讨,以供商榷。一、加工拐角时产生过切的原因及对策1. 加工内角交接处引起的过切。如图1 所示,在铣削零件轮廓内角时可能产生过切,其原因如下:当铣刀运动至内角交接处(B 点) 时,铣刀与工件的接触面积增大,切削力随之增大,然后过拐角由铣两面变为铣一面时,切削力减小,工艺系统弹性变形恢复,致使刀具向工件加工表面内侧变形,产生过切。图1 内角交接处的过切此外,对大惯性系统,当进给速度较高时,由于其运动惯性也可导致刀具过切。解决措施: (a) 选择刚性好,抗震及热变形小的短柄刀具,如:可选高速钢立铣刀。实验证明在大多数情况下,选择好的刀具虽然增加了刀具成本,但由此带来的加工质量的提高,则可以使
3、整个加工成本大大降低。(b) 采用进给速度分级编程。如图1 所示,将AB 和BC 段均分为两段AX ,XB 及BY, YC ,其中AX ,YC 段为正常速度段,XB、BY段为低速段(一般不超正常速度1/ 2) ,XB、BY的距离长度宜选为(1. 22) R ,R 为刀具半径。并且,低速段的进给速度,当刀具半径较大或AB ,BC 夹角较小时,应进一步降低。2. 各轴速度滞后特性引起的过切。加工拐角为直角的零件,而且加工路线恰好沿着两个正交坐标轴时,在某一坐标伺服系统的位置指令输入停止瞬间,另一个坐标轴伺服系统紧接着接受位置指令,并瞬间从零加速至指定的速度。但在指令突然改变瞬间,第一轴对指令位置有
4、滞后量,从而在第二轴开始加速时,第一轴尚未到拐点,因此出现过切。解决措施: (a) 在编程时对第一坐标采用分级降速的办法,或使程序转段时有自动减速和加速功能;(b) 注意装夹方法,避免加工路线正好沿着两个基本点正交坐标轴; (c) 编程时在拐角处,略作停顿。二、建立或撤消刀补时产生过切的原因及对策1. 建立或撤消刀补的路径不当引起的过切。目前数控机床均具有自动刀具半径补偿功能指令(如:G40/ G41/ G42) 。但是,不能在加工面的交接处建立和撤消刀补,刀具的切入和切出应选取在切线方向或延长线上。反之,如刀具径向切入,则进入轮廓加工时运动方向要改变,此时切削力的大小和方向也将改变,在工件表
5、面有短暂的停留时间,因工艺系统的弹性变形,在工件表面会产生伤痕。应采用图2所示方式建立和撤消刀补。图2 建立或撤消刀补方式 45 内蒙古电大学刊 2005 年第4 期(总第68 期) 1995-2008 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2. 指令使用不当引起的过切。在自动刀具补偿建立后,不能连续插入两个或两个以上与刀补平面内运动坐标无关的程序段。在使用G40 , G41 , G42指令建立自动刀补功能时,应注意:当连续使用(二次或二次以上) 不含插补平面坐标的程序段时,应在不含插补平面坐标的前一程序段加入
6、指示下一刀具运动方向的坐标指示( I、J , K 中的任意二个) ,否则会引起过切。出现过切现象,如图3 所示。图3 过切现象N6 G91 D07 X10000 Y20000 ;N7 S21 T05 M08 ;N8 G04 X1000 ;N9 X10000 ;若改为如下形式:N6 G91 G42 D07 X10000 Y20000I10000 J0 ;N7 S21 T05 M08 ;N8 G04 X1000 :N9 X10000 ;即可避免过切,这时其切削轨迹如图4 所示。图4 切削轨迹三、处理加工工艺时产生过切的原因及对策加工工艺过程中走刀路线、切削用量选择等选择不当也会引起过切。预防措施:
7、(a) 对于非直线轮廓的铣削(如圆弧) ,铣刀铣外圆时要让刀沿切线方向进入圆弧铣削,避免法线方向切入;加工完成后让刀具多走一段,同时沿切线方向退出,以免在取消刀补时,出现过切现象。在铣削内圆弧时,也要沿切线方向切入切出,此时切线方向切入应为圆弧与圆弧相切。(b) 对于精度要求高的零件分为粗、精加工,分配加工余量时精加工应取(0. 1 - 0. 4) mm。在加工要求较高的凹槽时,宜用直径较小一些的立铣刀,先铣槽的中部,然后利用刀具半径补偿铣削两边。(c) 为了减少不必要的换刀定位误差,将零件上用一把刀加工的部位全部加工完后,再换另一把刀来加工。四、B 型刀补铣削外轮廓时产生过切的原因及对策B
8、型_刀补的刀具中心轨迹段间连接都是采用圆弧过渡。其算法简单,实现容易,但由于段间过渡采用圆弧,这就产生了一些无法避免的缺点。首先,当加工外轮廓的尖角时,由于刀具中心通过圆弧轮廓尖角处始终处于切削状态,要求的尖角处被铣削成圆角,从而产生过切。其次,在内轮廓加工时,要由程序员人为地编进一个辅助加工的过渡圆弧,并且还要求这个过渡圆弧的半径必须大于刀具半径,这就给编程工作带来了麻烦,一旦疏忽,使过渡圆弧的半径小于刀具半径时,就会因刀具干涉而产生过切现象,使加工零件报废。解决措施:(a) 在尖角处,人工采用直线过渡编程来进行切削加工,如图5 所示。(b)图5 尖角处切削加工(b) 采用C 型刀补。C 型刀补是采用直线作为轮廓之间的过渡,因此,该刀补法的尖角工艺性较B型刀补的要好,此外,在内轮廓加工时,可实现过切(干涉) 自动报警,从而避免了过切现象产生。以上分析了数控铣削加工过程中过切现象可能发生的几种情况及相应措施。当然,引起过切也可能还有其他一些原因,如夹具刚性、机床本身往返间隙等的影响,在实际工作中还要针对具体机床具体分析,具体处理。责任编辑:降小宁 46 李 莉 数控铣削中过切现象分析研究 学术研究
