四、相关的理论知识
（一）刀片的选用
国家对硬质合金可转位刀片型号制定了专门的标准GB/T 2076—2007，刀片型号由给定意义的字母和数字的代号按一定顺序位置排列所组成。共有10个号位，每个号位的代号所表达的含义如图1-44所示。刀片型号标准规定，任何一个刀片型号都必须用前7个号位的代号表示，第10个号位的代号必须用短横线“-”与前面号位的代号隔开。
（1）号位1。号位1表示刀片形状及其夹角，最常用的形状有以下几种。
①正三边形（代号T），用于主偏角为60°、90°的外圆、端面、内孔车刀。
②正四边形（代号S），刀尖强度高，散热面积大，用于主偏角为45°、60°、75°的外圆、端面、内孔、倒角车刀。
③凸三边形（代号W），用于主偏角为80°的外圆车刀。
④菱形（代号V、D），主偏角为35°的V型、主偏角为55°的D型车刀用于仿形、数控车床。
⑤圆形（代号R），用于仿形、数控车床。
不同的刀片形状有不同的刀尖强度，一般刀尖角越大，刀尖强度越大，在切削中对工件的径向分力越大，越易引起切削振动，反之亦然。圆刀片（R型）刀尖角最大，35°菱形刀片（V型）刀尖角最小。通常的刀尖角度影响加工性能的关系如图1-45所示。
图1-45 刀尖角度与加工性能的关系
刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素来选择。
（2）号位2。号位2表示刀片主切削刃后角，常用的刀片后角有N（0°）、C（7°）、P（11°）、E（20°）等。一般粗加工、半精加工可用N型；半精加工、精加工可用C型、P型，也可用带断屑槽的N型刀片；较硬铸铁、硬钢可用N型；不锈钢可用C型、P型；加工铝合金可用P型、E型等。加工弹性恢复性好的材料可选用较大一些的后角。一般镗孔刀片，选用C型、P型，大尺寸孔可选用N型。车刀的实际后角靠刀片安装倾斜形成。
（3）号位3。号位3表示刀片偏差等级，刀片的内切圆直径d、刀尖位置m和刀片厚度s为基本参数，其中d和m的偏差大小决定了刀片的转位精度。刀片精度共有11级，代号A、F、C、H、E、G、J、K、L为精密级；代号U为普通级；代号M为中等级，应用较多。
（4）号位4。号位4表示刀片结构类型，主要说明刀片上有无安装孔，其中代号M型的有孔刀片应用最多。有孔刀片一般利用孔来夹固定位，无孔刀片一般用上压式方法夹固定位。
（5）号位5、6。号位5、6分别表示刀片的切削刃长度和厚度，其代号用整数表示。如切削刃长为16.5mm，则代号为“16”。当刀片的切削刃长度和厚度为个位数时，代号前应加“0”，如切削刃长为9.526mm，厚度为4.76mm，则代号分别为“09”和“04”。选择刀片切削刃长度应保证大于实际切削刃长度的1.5倍，选择刀片厚度应保证刀片有足够强度进给量和表面粗糙度值。具体使用时可查阅有关刀具手册选取。
（6）号位7。号位7表示刀片的刀尖圆弧半径，代号是用刀尖圆弧半径的10倍数字表示的，如刀尖圆弧半径为0.8mm，则代号为“08”。
刀尖圆弧半径的大小直接影响刀尖的强度及被加工零件的表面粗糙度。刀尖圆弧半径大，表面粗糙度值增大，切削力增大且易产生振动，切削性能变坏，但刀刃强度增加，刀具前后刀面磨损减少，见图1-45。通常在切深较小的精加工、细长轴加工、机床刚度较差的情况下，选用刀尖圆弧较小些；而在需要刀刃强度高、工件直径大的粗加工中，选用刀尖圆弧大些。刀尖圆弧半径一般适宜选取进给量的2～3倍。
（7）号位8。号位8表示刀片刃口形状：代号F表示锋刃，代号E表示倒圆刃，代号T表示负倒棱，代号S表示负倒棱加倒圆。
（8）号位9。号位9表示刀片切削方向：代号R表示右切刀片，代号L表示左切刀片，代号N表示既能右切也能左切的刀片，见图1-44。选择时主要考虑机床刀架是前置式还是后置式、前刀面是向上还是向下、主轴的旋转方向以及需要进给的方向等。
（9）号位10。号位10表示刀片断屑槽槽型和槽宽。断屑槽有16种槽型，用字母表示；槽宽有7种，用数字1～7表示，见图1-44。
（二）相关编程指令
1．单行程螺纹切削指令G32
1）螺纹加工概述
螺纹加工是数控车床的基本功能之一，加工类型包括内（外）圆柱螺纹和圆锥螺纹、单头螺纹和多头螺纹、恒螺距螺纹和变螺距螺纹。数控车床加工螺纹的指令主要有三种：单一螺纹加工指令、单循环螺纹加工指令、复合循环螺纹加工指令。因为螺纹加工时，刀具的走刀速度与主轴的转速要保持严格的关系，所以数控车床要实现螺纹加工，必须在主轴上安装测量系统。不同的数控系统，螺纹加工指令也不尽相同，在实际使用时应按机床的要求进行编程。
数控机床加工螺纹，有两种进刀方法：直进法和斜进法，如图1-46所示。直进法是从螺纹牙沟槽的中间部位进刀，每次切削时，螺纹车刀两侧的切削刃都受切削力，一般螺距小于3mm时，可用直进法加工。斜进法加工时，从螺纹牙槽沟的一侧进刀，除第一刀外，每次切削只有一侧的切削刃受切削力，有助于减轻负载，当螺距大于3mm时，可用斜进法进行加工。螺纹加工时，不可能一次就将螺纹沟槽加工成要求的形状，总是采取多次切削，在切削时应遵循一个原则“后一刀的切削深度有超过前一刀的切削深度”，那就是说，切削深度逐次减小，目的是使每次切削面积接近相等。多头螺纹加工时，先加工好一条螺纹，然后在轴向进给移一个螺距，加工第二条螺纹，直到全部加工完为止。
图1-46 螺纹加工进刀方法
（a）直进法；（b）斜进法
2）螺纹加工过程中的相关计算
螺纹加工之前，需要对一些相关尺寸进行计算，以确保车削螺纹的程序段中的有关参考量。
车削螺纹时，车刀总的切削深度是螺纹的牙型高度，即螺纹牙顶到螺纹牙底间沿径向的距离。对普通螺纹，设螺距为P，根据GB/T196-2003规定，螺纹牙型理论高度H＝0.866P。实际加工时，由于螺纹车刀刀尖半径的影响，实际切削深度有变化。根据GB197-2003规定，螺纹车刀可以在牙底最小削平高度H/8处削平或倒圆，则实际牙型高度计算如下：
h＝H-2×（H/8）＝0.6495P
式中H——螺纹三角形高度，mm；
P——螺距，mm。
外螺纹加工中，径向起点（编程大径）的确定取决于螺纹的大径。例如，要加工M30×2-6g的外螺纹，由GB/T 2516—2003知，螺纹大径的上偏差es＝-0.038mm，下偏差ei＝-0.318mm，公差Td2＝0.28mm，则螺纹大径尺寸界于ϕ29.682～29.962之间，所以螺纹大径应在此范围内选取，并在加工螺纹前，由外圆车削保证。螺纹小径在编程确定时，应考虑螺纹中径公差的要求，可以由有关公式计算得出。设牙底由单一弧形构成，圆弧半径为R，则编程小径计算如下：
d1＝d-1.75H+2R+es-Td2/2
式中d1——螺纹小径，mm；
d——螺纹公称直径，mm；
H——螺纹原始三角形高度，mm；
R——牙底圆弧半径，mm，一般取R＝（1/8～1/6）H；
es——螺纹中径基本偏差，mm；
Td2——螺纹中径公差，mm。
如上例中，取R＝H/8，则编程小径为
d1＝30-1.75×0.866×2+2×（1/8）×0.866×2-0.28/2＝27.262（mm）
3）螺纹加工过程中的引入距离和超越距离
在数控车床上加工螺纹时，沿着螺距方向（Z方向）的进给速度与主轴转速必须保证严格的比例关系，但是螺纹加工时，刀具起始时的速度为零，不能和主轴转速保证一定的比例关系。在这种情况下，当刚开始切入时，必须留有一段切入距离，如图1-47所示的δ1，称为引入距离；同样的道理，当螺纹加工结束时，必须留一段切出距离，如图1-47所示的δ2，称为超越距离。
引入距离δ1和超越距离δ2的数值与所加工螺纹的导程、数控机床主轴转速和伺服系统的特性有关。具体取值由实际的数控系统及机床来决定，如有的数控机床规定如下：
δ1≥n×P/400
δ2≥n×P/1800
式中n——主轴转速，r/min；
P——螺纹导程，mm。
图1-47 螺纹切削时的引入距离和超越距离
以上公式规定了这一系统最小的δ1和δ2，实际取值时，比计算值略大即可。
4）螺纹加工指令G32
指令格式：G32 X（U）________ Z（W）_________ F___________；
格式中X（U）、Z（W）——螺纹切削终点的坐标值；
F——螺纹导程加，mm/r。
说明：
（1）指令G32为单行程螺纹切削指令，即每使用一次，切削一刀。
（2）在加工过程中，要将引入距离δ1和超越距离δ2编入螺纹切削中，如图1-48所示，如果螺纹切削收尾处没有退刀槽，一般按45°方向退出。
图1-48 螺纹切削指令G32
（3）X坐标省略或与前一程序段相同时为圆柱螺纹，否则为锥螺纹。
图1-48中，锥螺纹斜角α小于45°时，螺纹导程以Z方向指定；α为45°～90°时，以X轴方向指定。一般很少使用这种方式。
（4）螺纹切削时，一般使用恒转速切削（G97指令）方式，不使用恒线速度切削（G96指令）方式，否则，随着切削点的直径减小（增大），转速会增大（减小），这样会使F指定的导程发生变化（因为F和转速会保证严格的比例关系），从而产生乱牙。
（5）螺纹切削时，为保证螺纹加工质量，一般采用多次切削方式，其走刀次数及每一刀的切削次数可参考表1-11所示的普通螺纹切削深度及走刀次数。
表1-11 普通螺纹切削深度及走刀次数参考表
5）举例
直螺纹切削与锥螺纹切削如图1-49所示。
2．单循环螺纹切削指令G92
指令格式：G92 X（U）_________ Z（W）_________ I F _________；
格式中X（U）、Z（W）——螺纹切削终点的坐标值；
I——螺纹始点与终点的半径差，如果为圆柱螺纹则省略此值，有的系统也用R；
F——螺纹的导程，即加工时的每转进给量。
说明：
（1）用G92加工螺纹时，循环过程如图1-50所示，一个指令完成四步动作“1进刀-2加工-3退刀-4返回”，除加工外，其他三步的速度为快速进给的速度。
图1-49 直螺纹切削与锥螺纹切削
（a）直螺纹切削；（b）锥螺纹切削
图1-50 螺纹加工循环指令G92
（a）直螺纹；（b）锥螺纹
（2）用G92加工螺纹时的计算方法同G32指令一样。
（3）格式中的X（U）、Z（W）为图中B点坐标。
例：如图1-51所示，给定材料为外径ϕ36×104，编程完成螺纹部分的加工。
图1-51 螺纹自动车削循环举例
分析：螺纹计算与前面G32实例一样，螺纹大径为ϕ29.8，螺纹的小径d1＝ϕ27.2，若转速为n＝400r/min，则
引入距离δ1≥n×P/400＝400×2/400＝2（mm），取δ1＝3（mm）。
超越距离δ2≥n×P/1800＝400×2/1800≈0.444（mm），取δ2＝2（mm）。
在螺纹加工之前进行粗、精车并倒角、切槽。1#刀为粗车刀，2#刀为精车刀，3#刀为切槽刀，刀宽4mm, 4#刀为螺纹刀。
…… N310 G00 X32 Z105； 进刀 N320 G92 X28. 9 Z54 F2； 加工螺纹第一刀 N330 X28. 3； 加工螺纹第一刀 N340 X27. 7； 加工螺纹第一刀 N350 X27. 3； 加工螺纹第一刀 N360 X27. 2； 加工螺纹第一刀 N370 X27. 2； 去毛刺 N380 G00 X200 Z250； 退刀返回 ……
3．螺纹切削复合循环指令G76
指令格式一：G76 P（m）（r）（a）Q（Δdmin）R（d）；
G76 X（U）_________ Z（W）________ R（i）P（k）Q（Δd）F（l）；
指令格式二：G76 X（U）_________ Z（W）_________ I（i）K（k）D（Δd）F（l）A（a）P（p）；
格式一中m——精加工次数（01～99）；
r——螺纹加工时退尾时的导程数，不使用小数点（00～99），实际退尾量＝r×0.1×F，其中F为导程；
a——螺纹角度（0°、29°、30°、55°、60°、80°六个值中选取）；
Δdmin——螺纹加工时的最小切削深度，为半径值，始终取正值；
d——螺纹加工时精加工余量；
X（U）、Z（W）——螺纹终点坐标值；
i——螺纹加工时螺纹加工起点与终点的半径差，直螺纹可省略；
k——螺纹牙型高，半径值，始终取正值；
Δd——螺纹加工第一刀的切削深度，半径值，始终取正值；
l——螺纹导程。
格式二中p——横切方法（四种里面的一种），取正值；其他与格式一同。
例：如图1-52所示，零件粗、精车加工已经完成，试编写其螺纹加工程序，螺纹加工部分用螺纹切削复合循环G76指令编写。
…… N140 M03 S400； 启动主轴 N150 G00 X32 Z3； 进刀至螺纹切削起始点 N160 G76 P031060 Q0. 02 R0. 01； 螺纹加工 N170 G76 X26. 376 Z－22 P0. 974 Q400 F1. 5； N180 G00 X50 Z100 M09； 返回，关冷却液 ……
图1-52 螺纹切削复合循环举例