数控龙门铣床加工中顺铣、逆铣的选择与编程指令的应用

数控龙门铣床铣削过程中，顺、逆两种铣削方向的选取是一项重要的技术问题，它的选取对零件的精度及表面质量有很大的影响。

周铣加工也可划分为顺铣削加工和反铣削加工。在铣削过程中，当铣刀以与工件进给方向相同的速度和方向切入工件中时，就是顺铣削；在铣削过程中，刀具以与进给方向相反的速度和方向切入工件，这样的铣削方法叫做逆向铣削。

图 1 顺铣和逆铣

1 数控龙门铣床顺铣和逆铣的铣削过程分析

1.1 顺铣加工的特点

顺铣的优点是：从最大切削量到最小切削量为0，刀片不打滑，刀具寿命长，加工表面光洁度好；在顺铣时，竖直铣削分力（在图1中顺铣中为 FN）总是被按压在工作台上，这有利于将工件定位和夹持在一起，从而可以更可靠地夹持工件；机床在顺铣时功耗小。

顺铣的缺点是：对有硬表面的零件无法进行铣削；在机床的进给丝杠与螺母之间存在间隙的情况下，数控龙门铣床的进给丝杠会在机床运行中产生摆动。

1.2 逆铣加工的特点

逆铣加工的不足之处在于，切削厚度由零至最大值变化，刀片与工件接触后不会立即进入金属层内，而是会在工件表面上滑动一段较短的距离，在此期间，剧烈的摩擦会产生较高的热量，且容易在被加工表面上形成硬化层，使刀具的耐久性下降，进而影响被加工表面的加工品质；-在反向铣削时，产生竖直向上铣削分力（在图1中反向铣削的力 FN)，该铣削分力具有将工件抬起并破坏其定位的倾向，该铣削分力包括：机床在逆铣时功耗很高。

逆铣的优点是：可以对有硬表面的工件进行逆铣；当工作台丝杆螺母进给机构存在间隙时，数控龙门铣床工作台在加工时不会产生摆动。

1.3 顺铣与逆铣时工具的应力分析在图2中示出，在顺铣时，在工具上的工件作用力是这样的，即，在工具上的作用力是这样的，即，在顺铣时，在工具上的作用力是这样的：

在数控龙门铣床逆铣过程中，由于刀具上的螺旋槽，工件在刀具上的作用力使刀具有向工件接近的倾向。

图2铣削时刀具的受力分析

2 数控龙门铣床加工时顺铣与逆铣的选择分析

滚珠丝杠传动的 CNC机床，其间隙可通过预加载的方法完全消除。在 CNC机床及具备顺铣机构的数控龙门铣床中，优选顺铣时的工具耐久性高、表面加工品质好、且动力消耗少。但是，在一些特殊的切削条件下，需要进行反向切削。因此在选择顺、逆铣削加工方式前，必须对其进行相关性分析。

在普通铣床上，由于丝杠、螺母副存在横向间隙，为避免工作台偏移，确保铣削加工的顺利进行，普遍采用反向铣削加工。但对切削用量少，表面质量要求好的Al-Mg合金，可以采用顺铣工艺。

3 数控龙门铣床实例分析

如图3所示，是表示一道工序的加工内容的说明图，坯料是正方形的，现在要用 CNC铣床加工出图中的粗实线外形，请对该加工内容的加工模式进行分析，并指出工具的移动方向。基于前面的分析，在 CNC机床中优选顺铣削法。该零件的加工，如果采用顺铣法，其铣刀路径为 D→ C→ B→ A。但是，在实际生产中，经常会发生“打刀”现象，这是为什么？。对其产生的原因进行了分析。

图3加工实例

(1)当工具从点 D到 C并沿上述圆弧运动时，工具从点 D运动到 C。

在加工期间，工具进给从零逐步增加，直到整个工具周边被切割。

(2)在刀具的整周上进行切削的情况下，该部分为顺铣加工，但该部分为逆铣加工。

对于要被切断的部件的坯料的一部分（在图3中用 E表示），进行逆铣削加工，在进行逆铣削加工时，根据前述的分析，刀具趋向于接近工件，同样地，要被切断的坯料的一部分（在图3中用 E表示），根据力和反力的特性，也趋向于接近刀具。

(3)当工具继续进行加工而图3中 E所示的部分即将被切掉时，由于 E没有被支承而趋向于接近工具，因此，在 E被切掉的时刻， E紧密地接近工具，而工具被夹紧，从而产生撞刀。

综合以上分析，本工艺不应优先使用顺铣加工，而应先使用反铣留余量加工（A→ B→ C→ D)，然后再使用顺铣加工（D→ C→ B→ A)，以确保在加工中不会产生刀具磨损，并确保工件的表面质量。

4 数控龙门铣床编程中顺铣和逆铣的选择

在 NC编程中，通过使用G41 （与选择顺铣削模式时的工具半径向左补偿相对应）和G42 （与选择逆铣削模式时的工具半径向右补偿相对应）代码，能够容易地设置这些代码。但编程时应考虑不同的铣削方式对加工余量的实际影响，以保证工件的尺寸精度。立铣刀在切削阻力的作用下，由于刀体、刀柄和主轴等部件的刚度不同，会出现不同程度的弯曲变形。在顺铣过程中，由于刀具与工件之间存在一定的距离，使刀具的实际加工余量比理论余量要大，这就是所谓的“让刀”和“欠切”；逆铣过程中，刀具倾向于接近工件，使实际加工的余量比理论余量小，从而导致“啃刀”和“过切”。当刀具直径较小，刀杆长度较长，刚度较小时，这种效应更为显著。因此，实际加工过程中，采用G41、G42指令进行编程时，必须对刀具半径补偿值进行理论上的校正。在G41数控系统中，采用较小的刀具半径补偿值来消除“让刀”余量；在G42数控系统中，采用较大的刀具半径补偿值来消除“啃刀”余量。5 结束语

金属切削加工是一个复杂的切削过程，切削刀具和被切削材料之间存在着复杂的相互作用，切削用量、刀具材料、刀具几何角度、刀具夹具、切削用量以及切削液都会对切削加工过程造成不同程度的影响。在特定的数控龙门铣床加工过程中，采用不同的铣削方法可以获得不同的结果。深入了解顺、逆铣削加工方式的特点，对数控加工和编程有着十分重要的意义。