UG刀具相切切入时为何产生过切？

Question

在使用UG（NX）进行数控编程时，刀具采用相切切入方式进入轮廓时常出现过切现象。问题多发生于二维平面铣削或轮廓精加工中，表现为刀具切入瞬间切削量过大，甚至碰撞工件。尽管相切切入理论上可实现平滑过渡、减少刀具冲击，但在实际应用中，若未合理设置切入段的几何引导线、切入距离过短或与主轮廓曲率不匹配，系统生成的刀轨可能在连接点处产生微小拐角或路径突变，导致瞬时进给方向改变，引发过切。此外，CAM系统在处理样条逼近与刀补计算时存在精度误差，叠加机床响应延迟，进一步加剧该问题。如何优化切入参数与几何控制以避免过切，是现场编程人员常面临的挑战。

Answer 1

UG（NX）数控编程中相切切入过切问题的深度解析与优化策略

1. 问题背景与现象描述

在使用UG（NX）进行二维平面铣削或轮廓精加工时，相切切入方式被广泛用于实现刀具路径的平滑过渡，理论上可有效减少刀具冲击、延长刀具寿命。然而，在实际应用中，常出现刀具切入瞬间切削量过大，甚至发生碰撞工件的现象，即“过切”。

该问题多发生在以下场景：

• 切入段几何引导线未合理构建
• 切入距离设置过短
• 引导线曲率与主轮廓不匹配
• CAM系统样条逼近精度不足
• 机床响应延迟叠加刀补计算误差

这些问题共同导致刀轨在连接点处产生微小拐角或路径突变，进给方向瞬时改变，引发局部过切。

2. 根本原因分析

从系统层面看，过切并非单一因素造成，而是多环节误差累积的结果。以下是关键成因分解：

成因类别	具体表现	影响层级
几何建模误差	引导线与主轮廓G1连续性不足	高
CAM算法局限	样条插值精度低，刀补计算跳跃	高
参数设置不当	切入长度＜3×刀具直径	中
机床动态响应	加速度突变导致滞后	中
刀具路径光顺性	刀轨连接点存在尖角	高
材料去除率突增	切入瞬间切宽骤升	高
控制系统插补周期	NX后处理输出段过短	中
刀具刚性不足	细长刀具振动加剧过切	低
冷却与排屑条件	切屑堆积影响切入稳定性	低
用户经验依赖	未启用路径预览与仿真验证	高

3. 解决方案体系：由浅入深的优化路径

1. 基础层：参数优化 —— 调整“切入/切出”参数中的“最小延伸长度”，建议≥2.5倍刀具直径；启用“自动延伸至安全距离”功能。
2. 中间层：几何控制 —— 手动创建G2连续（曲率连续）的引导圆弧，确保其终点切线方向与主轮廓起始切线完全一致。
3. 高级层：路径光顺处理 —— 在NX CAM中启用“路径光顺”（Path Smoothing）选项，设置公差≤0.005mm，提升样条拟合精度。
4. 系统层：后处理定制 —— 修改后处理器逻辑，强制在切入段输出G61（精确停止）→ G64（连续路径）的切换指令，避免机床前瞻控制误判。
5. 验证层：多级仿真 —— 使用NX Vericut联合仿真，检查刀轴矢量变化率与材料去除连续性。
6. 工艺层：分阶段切入 —— 采用“斜坡切入 + 相切过渡”复合策略，先以小角度斜插进入材料，再转入相切路径。
7. 数据层：日志分析 —— 导出NC代码并解析G代码段间的时间戳与位移增量，识别加速度突变点。
8. 自动化层：知识封装 —— 利用NX Open API开发自定义检查工具，自动检测所有相切连接点的曲率半径差值。

4. 典型优化案例：平面轮廓精铣

某航空结构件侧壁精加工中，Φ8硬质合金立铣刀在切入矩形内腔时频繁崩刃。经排查：

// 原始设置：
切入类型：相切
切入长度：10mm（仅1.25D）
引导线：系统自动生成短直线+圆弧
刀补计算模式：标准B型

// 优化后配置：
切入类型：相切 + 延伸
切入长度：25mm（3.125D）
引导线：手动绘制R20mm引导圆弧（G2连续）
刀补模式：C型（轮廓偏移连续）
路径光顺：开启，公差0.003mm
后处理：插入G61/G64切换
    

实施后，刀具寿命提升300%，过切报警归零。

5. 流程图：过切预防决策树

graph TD
            A[开始: 创建切入路径] --> B{是否为精加工?}
            B -->|是| C[检查主轮廓曲率变化]
            B -->|否| D[设置最小切入长度≥2.5D]
            C --> E[计算引导线所需曲率半径]
            E --> F[手动构建G2连续引导弧]
            F --> G[启用路径光顺功能]
            G --> H[执行切削仿真]
            H --> I{是否发现过切?}
            I -->|是| J[调整引导线或增加过渡段]
            I -->|否| K[生成NC代码]
            K --> L[后处理加入G61/G64控制]
            L --> M[物理试切验证]

6. 高阶建议：面向复杂曲面的扩展应用

对于三维自由曲面加工，相切切入需结合刀轴矢量控制。建议：

• 使用“可变轴流线铣”中的“入口引导曲线”功能，定义空间螺旋过渡路径
• 在NX中启用“动态刀轴”选项，使刀具在切入过程中逐步调整姿态
• 结合Machine Tool Builder模块模拟真实五轴运动学限制
• 利用Expression功能建立切入长度与局部曲率半径的函数关系：L = k × √R
• 开发Python脚本批量检测项目中所有操作的切入参数合规性