铣削加工过程中过切与欠切现象的形成原因及控制方法毕业设计Word格式.docx

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五数控铣削加工中的过切原因及控制方法-7-

（一）加工拐角时产生过切的原因及解决措-7-

（二）建立或撤消刀补时产生过切的原因及解决措施-8-

六铣削欠切现象及形成的原因-10-

七铣削欠切现象的控制方法-11-

八数控铣削加工中的欠切原因及控制方法-12-

（一）欠切现象的分类-12-

（二）欠切现象产生的原因及采取的措施-13-

九小结-20-

参考文献-21-

摘要

针对目前铣削加工过程中出现的问题,如何控制过切与欠切是提高加工质量的难点,在查阅大量文献的基础上，本文主要介绍铣削加工中过切与欠切现象形成的原因进行了分析，同时也总结了铣削加工过程中过切与欠切现象的控制方法。

关键词：

铣削加工数控铣削过切现象欠切现象

铣削加工的生产效率越来越高,这标志着强力铣削已经成为铣削加工的发展方向,但是,提高铣削加工的加工精度更为重要。

影响铣削加工精度的因素有:

铣削振动的影响、铣床本身精度的影响、铣刀及其安装精度的影响等等。

实践证明,若能有效地控制铣削加工中过切与欠切现象,将大大提高铣削加工的加工精度。

一铣削加工

（一）铣削加工的概念

所谓铣削，就是在铣床上以铣刀旋转作为主运动，工件做进给运动的切削加工方法，铣削加工的主要特点是用多刀刃的铣刀来进行切削，效率较高，加工范围广，可以加工各种形状较复杂的零件；

加工精度也较高，其精度一般为IT9~IT7，表面粗糙度值为Ra12.5~1.6um。

铣床是继车床之后发展起来的一种工作母机，逐渐形成了完整的机床体系，铣床生产效率高，又能加工各种形状和一定精度的零件，在结构上日趋完整，因此在机器制造中得到了普遍应用，随着国内外新技术的发展，铣床也在不断发展中。

由于铣床的工作范围广，类型多，常用的铣床功能可以分为四大基本类型，即为升降台式铣床，多功能铣床，龙门铣床，数控铣床。

在铣床上，工作必须用夹具装夹才能铣削，最常用的夹具有平口虎钳，平板，万能分度头和回转工作台等。

对于中小型工件，一般采用平口虎钳装夹；

对于大中型工件，则多用压板来装夹；

对于成批大量生产的工件，为提高生产效率和保证加工质量，应产用专用夹具来装夹。

（二）铣削加工的工艺范围及特点

1.铣刀是典型的多刃刀具，加工过程有几个刀齿同时参加切削，总的切削宽度较大；

铣削时的主运动是铣刀的旋转，有利于进行高速切削，故铣削的生产率高于刨削加工。

2.铣削加工范围广，可以加工刨削无法加工或难以加工的表面。

例如可铣削四周封闭的凹平面、圆弧形沟槽、具有分度要求的小平面和沟槽等。

3.铣削过程中，就每个刀齿而言是依次参加切削，刀齿在离开工件的一段时间内，可以得到一定的冷却。

因此，刀齿散热条件好，有利于减少铣刀的磨损，延长了使用寿命。

4.由于是断续切削，刀齿在切人和切出工件时会产生冲击，而且每个刀齿的切削厚度也时刻在变化，这就引起切削面积和切削力的变化。

因此，铣削过程不平稳；

轻易产生振动。

5.铣床、铣刀比刨床、刨刀结构复杂，铣刀的制造与刃磨比刨刀困难，所以铣削本钱比刨削高。

6.铣削与刨削的加工质量大致相当，经粗、精加工后都可达到中等精度。

但在加工大平面时，刨削后无明显接刀痕，而用直径小于工件宽度的端铣刀铣削时，各次走刀间有明显的接刀痕，影响表面质量。

二数控铣削加工中的过切与欠切

在机械加工领域,数控机床已成为现代机床的重要发展方向。

数控机床自动化程度高、加工精确度高、对零件适应性强,因而它被广泛应用于现代机械加工中。

但是,数控机床在加工中出现的问题不能象普通机床那样可方便的进行人为的调整;

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,由于轨迹处理不当、工艺过程不合理等原因常导致切削过量或欠量现象,即过切或欠切。

特别是过切会直影响零件加工精度,其至导致加工产品报废。

因此,必须引起足够的重视。

（一）选择进给速度不当,产生过切或欠切

在轮廓加工中,当零件轮廓有拐角时,刀具容易产生“超程”现象。

如图1所示,铣刀由A向B运动,当进给速度较高时,由于惯性作用,在拐角处的金属可能出现过切现象,即将拐角处的金属多切去一些。

为向外凸起的表面,B处会有部分金属未被切除,即出现欠切现象,使轮廓表面产生误差。

图1过切与控制

解决的办法是,在编程时,在接近拐角前适当地降低进给速度,过拐角后再逐渐增速。

即将AB分成两段,在AA′段使用正常的进给速度,到A′处开始减速,过B′后再逐步恢复到正常进给速度,从而减少超程量。

目前一些完善的自动编程系统中有超程校验功能时,一旦检测超程误差超过允许值,便可设置适当的“减速”或“暂停”程序段予以控制。

如图2所示刀具右补偿加工内轮廓面。

编程轨迹为A-B-C,刀心轨迹有两种,图2（a）按理论刀心轨迹移动

P1-P2-P3-P4,会产生过切现象,损坏工件;

图2（b）为计算机处理以后的刀心轨迹,无过切,刀心

轨迹P1-P2-P3。

（a）有过切（b）无过切

图2内轮廓的刀心轨

（二）棱角过渡处理

数控铣床铣削棱角轮廓时,若刀具中心位移量与轮廓尺寸相同时,有可能发生过切现象或刀具中心轨迹不能连续现象,如图3所示。

为此,在编写工件加工程序时,应考虑棱角的过渡轨迹,合理安排过渡程序。

图3棱角过渡的过切与不连续现象

解决的办法。

如图4所示为棱角过渡处理常用的方法。

图4（a）中的棱角是由直线与直线轮廓线形成的棱角，编写程序时,刀具的中心轨迹必须延伸至过渡点S,由图可见,过渡点应是两条刀具中心轨迹的交点;

图4（b）是由直线与圆弧轮廓曲线形成的棱角,编写程序时,刀具移动时的中心轨迹必须延伸至过渡点S,再沿直线SA编写一段直线加工程序,然后编写圆弧加工程序;

图4（c）是圆弧与直线轮廓线形成的棱角,加工程序中,增加三段直线程序;

图4（d）是内轮廓刀具中心轨迹。

其它棱角过渡处理方法可按上述方式处理。

图4棱角过渡的处理方法

（三）指令不当会产生过切现象或欠切现象

1.加工斜面时,使用刀具位置偏置指令不当,会产生过切或欠切现象。

如图5（a）所示的情况是由于采用刀具位置偏置指令不当造成过切现象,不当编程程序如下:

　　…

N1G01XF　水平向右移动;

N2G45XYD　沿斜线移动,延长1倍偏置量;

N3　　Y　垂直向上移动;

如图5（b）所示情况是由于采用刀具位置偏置指令不当造成欠切现象,不当编程程序如下:

N1G01G45XFD　水平向右移动,延长1倍偏置量;

N2　　XY　沿斜线移动;

N3　G45　Y　垂直向上移动,延长1倍偏置量;

解决的办法是在加工斜面时,尽量避免使用刀具位置偏置指令。

图5斜面加工过切和欠切现象

2.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。

否则会引起过切。

3.建立或撤消刀补的路径不当

在刀具进入和退出工件时,应注意进刀和退刀的路线,防止刀具和工件干涉而过切或少切,如图6所示,使用刀具半径左补偿G41或右补偿G42,当刀具接近工件轮廓时,数控装置认为是从刀具中心坐标转变为刀具外圆与轮廓相切点的坐标值,若从图6（a）所示方向进刀会发生干涉,改为图6（b）方向进刀则避免过切。

当刀具远离工件轮廓时,数控装置认为是从刀具

外圆与轮廓相切点的坐标值转变为刀具中心坐标,若从图6（c）所示方向退刀会发生干涉,改为图6（d）方向退刀则避免过切。

加工时数据起点与终点不闭合,也会导致进刀和退刀时刀具位置不重合,造成欠切。

解决欠切的关键是使曲线数据闭合,为消除刀痕,越过曲线上的实际切入点再退刀。

图6刀具的切入与切出

三过切现象的控制方法

（一）提高工艺系统的刚性。

刚性增大,可以避免刀具、夹具、机床、工件因刚性不足而产生的拉动现象,从而消除过切。

（二）选择恰当的加工余量。

要根据加工的实际要求,选择合适的加工余量。

（三）根据需要,选择合适的刀具。

刀具的磨损程度不同,对加工质量的影响不同。

铣削加工中,若需要控制加工精度且加工余量比较小,此时应该使用进入正常磨损阶段初期的铣刀。

（四）在铣削过程中,要考虑工件形状、刚性、材料、切削用量、铣削方式等相关因素之间的关系,选择最恰当的铣削方案进行加工。

（五）过切是无法消除的。

四铣削过切现象及形成的原因

（一）过切现象

　　铣削过切现象是指在铣削过程中,由于各种原因使得实际切削的金属层超过预定加工位置的现象。

例如:

用圆柱铣刀进行平面铣削时,由于铣削振动的存在使得实际加工完的平面产生起伏,若其高处符合预定位置的加工要求,而低处则超过了预定的位置要求,形成过切;

用立铣刀周刃精铣盘形凸轮轮廓的型面时,经过测量加工余量为0.15mm,按照加工余量将工作台精确移位,但发现实际铣削了0.20mm,此时过切了0.05mm。

　　过切与表面粗糙度微观几何精度的概念不一样,过切可以在局部发生,也可以在全部加工表面出现;

局部过切可能是连续发生,也可能是间隔断续出现。

（二）过切现象形成的原因

　　1.由刀具引起的。

铣刀刃磨的精度差,安装精度差,加工时将产生切削刃的回转跳动,从而导致铣削时切除余量过多,产生过切现象。

　　当铣刀使用磨损变钝后,换用锋利的铣刀加工,会出现余量控制不当的情况,即将刀具磨损后铣刀避让的余量一同铣掉而造成过切。

　　在仿形铣削过程中,选用的铣刀切削部分形状和工件型面形状不匹配,如指状铣刀球头直径大于型面最小圆弧直径,可能产生过切。

　　2.由被加工工件引起的。

若铣削加工的工件刚性比较差,铣削时容易受切削力的拉动,而产生过切。

　　3.由机床本身引起的。

铣削过程中,若机床工作台控制切削余量的方向没有锁紧、摇把方向有间隙等,均能产生过切。

　　4.由铣削方法与铣削方式引起的。

如采用立铣刀周刃铣削台阶两侧面,机床的进给方向发生改变,若按照预定计算值控制台阶宽度,可能产生过切。

又如采用铣刀周刃铣削,半精铣用逆铣方式,精铣采用顺铣方式,此时就可能产生过切。

另外,在连接部位或铣削中途发生不恰当的铣削停顿,也会产生过切现象。

可见,铣削方法和铣削方式发生改变,易产生过切

五数控铣削加工中的过切原因及控制方法

在机械加工领域数控机床已成为企业生产的关键设备，特别是近年来，数控铣床均具备了刀具半径补偿指令可以直接按被加工工件的轮廓编时在程序中还给出了刀具半径补偿指令，不需要求出刀具中心的运动轨迹，避免了刀具半径补偿指令。

另外，利用刀具半径补偿功能，可以在同一个加工程序下使用不同直径的刀具加工出相同的产品，这给数控加工带来了极大地方便。

（一）加工拐角时产生过切的原因及解决措

1.加工内角交接处引起的过切

如图1所示，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，切削力也随之增大，然后通过拐角由铣两面变为铣一面时，切削力减小，致使刀具向工件加工表面内侧变形而产生过切；

对大惯性系统，当进给速度较高时，由于其运动惯性也可以导致刀具过切。

解决措施如下。

图1内角交接处的过切

（1）选择刚性好、抗振及热变形小的短柄刀具，如选用高速钢立铣刀。

在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但可以提高加工精度，反而降低了加工成本。

（2）根据进给速度进行分级编程。

如图1所示，将AB和BC段均分为两段AX、XB及BY、YC，其中AXYC段为正常速度段，XB、BY段为低速段（一般不超过正常速度的1/2），XBBY的距离长度宜选为（1.2～2）（R为刀具半径）。

当刀具半径较大或AB、BC夹角较小时，低速段的进给速度还应进一步降低。

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的瞬间，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。

但在指令突然改变的瞬间，第一轴对指令位置有一定的滞后量，而在第二轴开始加速时，第一轴尚未到拐点，因此会出现过切。

（1）在编程时对第一坐标采用分级降速的方法，或使程序在转段时有自动减速和加速功能；

（2）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；

（3）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解决措施

1.建立或撤消刀补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（以下简称刀补）指令（如：

G40、G41、G42），但不能在加工面的交接处建立和撤消刀补，刀具的切入和切出路径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，在工件表面有短暂的停留，因工艺系统的弹性变形，故在工件表面会产生伤痕。

如加工内型面时不能在加工面的交接处建立和撤消刀补，此时应采用图2所示的方式建立和撤消刀补。

图2建立或撤销刀补方式

.2.指令使用不当引起的过切

建立自动刀具补偿后，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（两次或两次以上）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指示下一刀具运动方向的坐标指示（I、J、K中的任意两个），否则会引起过切。

例如，以下程序段N7和N8中不含插补平面的坐标，执行时就会出现过切现象，如图3所示。

图3过切现象

此程序为：

N6G91D07X10000Y20000；

N7S21T05M08；

N8G04X1000；

N9X10000；

若将上述程序改为以下程序：

N6G91G42D07X10000Y20000I10000J0；

即可避免过切，这时其切削轨迹如图4所示。

图4避免过切的切削轨迹

3.处理加工工艺时产生过切的原因及解决措施

在加工过程中如果走刀路线、切削用量选择不当也会引起过切。

（1）对非直线轮廓的铣削（如圆弧），铣刀铣外圆时要让刀具沿切线方向进行圆弧铣削，避免刀具沿法线方向切入;

加工完成后要让刀具多走一段并沿切线方向退出，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。

（2）对精度要求高的零件可以分为粗、精加工，分配加工余量时精加工应取0.1～0.4mm。

在加工要求较高的凹槽时，宜使用直径较小的立铣刀，先铣凹槽的中

部，然后再利用刀具半径补偿功能铣削其两边。

（3）为了减少不必要的换刀定位误差，将零件上可以用同一把刀加工的部位全部加工完成后，再换另一把刀来加工。

4.B型刀补铣削外轮廓时产生过切的原因及解决措施

B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，容易实现，但由于段间过渡采用圆弧，这就产生了一些无法避免的缺陷：

一是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，要求尖角处被铣削成圆角，从而产生过切;

二是在加工内轮廓时，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就会因刀具干涉而产生过切现象，使加工零件报废。

该问题解决措施如下。

（1）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。

图5尖角处切削加工

（2）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比B型刀补的要好，且在加工内轮廓时可实现过切（干涉）自动报

警，从而避免产生过切现象。

5引起过切的其他原因

以上分析了数控铣削加工过程中可能发生的几种过切现象，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，在实际加工中要针对具体情况做具体分析。

六铣削欠切现象及形成的原因

（一）欠切现象

　　铣削欠切现象是指在铣削过程中,由于各种原因使得实际切削的金属层未达到预定加工位置,仍留有余量的现象。

如在铣削过程中,由于金属表面硬化,使得较少余量的铣削未能达到预定的位置要求,即工作台虽然已经实际移动了预定铣削的余量,但实际铣削后,余量并没有铲除。

　　欠切与过切不一样,不可能在全部加工表面出现,只能是间隔断续出现。

（二）欠切现象形成的原因

　　1.由系统刚性不足引起的。

铣削过程中,铣刀或刀轴、刀杆支撑系统刚性比较差,致使铣削过程中铣刀发生偏让而形成欠切;

铣削过程中,工件的刚性较差,受切削力的推动工件发生偏让而导致欠切。

　　2.由机床本身引起的。

铣削过程中,若机床工作台控制切削余量的方向没有锁紧、摇把方向有间隙等能引起实际切削位置变动而引起欠切。

　　3.由铣削方式引起的。

铣削进给方向变换能产生欠切,如采用铣刀周刃铣削平面,已加工表面有加工硬化层,采用顺铣容易切入,而采用逆铣则可能产生欠切。

　　4.由切削用量选用不恰当引起的。

铣削加工时,若铣削余量很小,而进给速度却很大,极易产生欠切。

　　5.由刀具引起的。

铣刀锋利程度不同可能引起欠切,如铣刀使用后磨损变钝,会影响实际切除的金属层厚度,造成切入逐渐困难,使铣刀产生避让而造成欠切。

另外,在仿形铣削过程中,选用的铣刀切削部分形状和工件型面形状不匹配,如指状铣刀球头直径小于型面最小圆弧直径,可能产生欠切。

七铣削欠切现象的控制方法

根据过切现象和欠切现象产生的原因,应采用下列方法加以控制。

（一）提高工艺系统的刚性。

刚性增大,可以避免刀具、夹具、机床、工件因刚性不足而产生的弹性偏让,从而消除欠切。

（三）根据需要,选择合适的刀具。

　（四）在铣削过程中,要考虑工件形状、刚性、材料、切削用量、铣削方式等相关因素之间的关系,选择最恰当的铣削方案进行加工。

　（五）过切是无法消除的,但欠切可以消除,通常采用在原预定位置多次铣削的方法来消除欠切余量,从而达到铣削加工尺寸和形位精度的要求。

八数控铣削加工中的欠切原因及控制方法

欠切是常见的异常加工现象,严重的影响了加工质量及加工效率。

以两坐标数控立铣削加工为例，将欠切现象归纳为工艺系统引起的欠切、数控系统功能引起的欠切、工艺安排及编程引起的欠切三个大类,分析了十五种主要欠切形成的原因,并提出了控制欠切的措施。

两坐标数控立铣削能加工平面、台阶面、沟槽等简单型面,也能对两坐标的曲面快速加工,两坐标数控立铣削在数控加工中占有一定的比重。

过切现象是加工中经常碰到的问题,人们对它研究较多,而欠切也是数控加工中常碰到且容易被忽视的问题,目前对它的研究较少。

欠切发生时,轻者影响加工效率,重者严重影响产品的加工质量。

研究两坐标数控立铣削欠切现象不仅有利于保证加工质量,提高生产效率,也有利于研究三维加工的欠切现象。

（一）欠切现象的分类

引起欠切的原因很多,包括由机床、夹具、刀具、工件等组成的工艺系统,工艺安排及数控程序,数控系统功能等方面。

根据欠切的原因及性质把欠切现象划分为以下3大类:

1.工艺系统引起的欠切

工艺系统引起的欠切主要包括:

机械刚性不足引起的欠切,进给伺服系统刚性不足引起的欠切,反向间隙引起的欠切,刀具异常磨损及毛坯余量不均匀引起的欠切等。

2.数控系统功能引起的欠切

数控系统功能引起的欠切主要包括:

自动加减速控制功能引起的欠切,进给速度太高引起的欠切,进给速度不均匀引起的欠切等。

3.工艺安排及编程引起的欠切

工艺安排及编程引起的欠切主要包括:

编程工艺不合理及走刀路径不合理引起的欠切等。

（二）欠切现象产生的原因及采取的措施

1.工艺系统机械刚性不足引起的欠切

（1）主轴刚性不足引起的欠切

图1所示是主轴刚性不足时的一种情况,在切削力的作用下主轴变形而让刀,产生了图中网格阴影区所示的欠切。

减小这种欠切的措施是:

粗、精加工分开;

减小并均匀化余量,即在加工中对余量大且不均匀的情况先进行粗加工,待余量均匀并减小后再进行精加工;

控制切削速度及进给速度,切削速度及进给速度的

控制应遵循尽可能减小切削力和保持切削力一致的原则;

采用高切削速度、小切深、大进给速度的加工策略。

图1主轴刚性不足引起的欠切

（2）刀具刚性不足引起的欠切

图2所示是刀具刚性不足时的一种情况,在切削力作用下刀具产生了弹性变形,产生了图中网格区所示的欠切区。

控制这种欠切的措施是:

尽可能采用大直径或高刚性的刀具加工;

其它措施同主轴刚性不足时的情况。

图2刀具刚性不足引起的欠切

　（3）工作台刚性不足引起的欠切

图3所示是工作台刚性不足时的一种情况,当工作台刚性不足时,在切削力的作用下工作台产生让刀可引起欠切,图中网格阴影区为欠切区。

控制这种欠切的措施同主轴刚性不足时的措施。

图3工作台刚性不足的欠切

（4）夹具及工件刚性不足引起的欠切

图4为工件及夹具刚性不足时的情况,此时在切削力的作用下,工件与夹具产生了弹性变形。

当加工完成后由于弹性恢复在工件上留下了黑色区所示的欠切区。

控制这种现象发生的措施是:

合理的采用定位夹紧方案,尽可能提高夹具刚性（如改善夹具结构,加大夹具结构尺寸等）;

其它同主轴刚性不足时措施。

图4夹具及工件刚性不足的欠切

2.进给伺服刚性不足引起欠切

进给伺服刚性不足引起欠切主要发生在开环系统中,并可分为两种情况:

电机转子滞后于定子磁场引起工作台的让刀产生欠切,但这种欠切量较小;

转子与定子磁场之间产生相对动而失步引起欠切。

图5所示内形加工按箭头所示方向进行,在加工尺寸17时存在失步（设失步量为0.02mm）,必产生了网格阴影区所示的欠切,被加工尺寸变为16.98mm,产生0.02mm的欠切量。

减小这种欠切发生的措施是:

采用高刚性的机床进行加工;

控制进给速度。

图5失步造成的欠切实例

3.刀具异常磨损引起的欠切

在加工中,若刀具使用时间太长,或被加工材料有硬杂质,或被加工材料的区域硬度不一致,在类似因素的作用下,刀具可能产生异常磨损。

图6所示是异常磨损常见的情况,特别应注意地是刀尖的工作条件最差,导