任务描述
完成如图2-4-1所示球头销加工案例零件的数控车削加工，具体设计该球头销的数控加工工艺。该球头销（材料为45 钢，批量30 件）零件毛坯尺寸为ϕ30 mm×70 mm。
1.分析轴类带外圆弧曲面零件图纸，根据零件图纸技术要求确定加工方案；
2.制订如图2-4-1所示球头销的数控车削加工工艺；
3.编制如图2-4-1所示球头销的数控车削加工工序卡、刀具卡等工艺文件。
图2-4-1 球头销
表2-4-1 球头削加工案例零件数控加工工艺规程
能力目标
1.会零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定；
2.会制订轴类带外圆弧曲面零件的数控车削加工工艺；
3.会编制轴类带外圆弧曲面零件的数控车削加工工艺文件。
相关知识
一、零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定
数控加工是一种基于数字的加工。分析数控加工工艺过程不可避免地要进行数字分析和计算。对零件图形的数学处理是数控加工这一特点的突出体现。数控编程工艺员在拿到零件图后，必须对它作数学处理，以便最终确定编程尺寸的设定值。
1.编程原点的选择
加工程序中的字大部分是尺寸字，这些尺寸字中的数据是程序的主要内容。同一个零件，同样的加工，由于编程原点选择不同，尺寸字中的数据就会不一样，因此，在编程之前，首先要选定编程原点。从理论上来说，编程原点选在任何位置都是可以的。但实际上，为了换算尽可能简便以及尺寸较为直观（至少让部分点的指令值与零件图上的尺寸值相同），应尽可能将编程原点的位置选得合理些；另外，当编程原点选在不同位置时，对刀的方便性和准确性也不同；还有就是编程原点位置不同时，确定其在毛坯上位置的难易程度和加工余量的均匀性也不一样。车削件的程序原点X 向一般应取在零件加工表面的回转中心，即装夹后与车床主轴的轴心线同轴，故编程原点位置只在Z 向作选择。如图2-4-2所示的Z 向不对称零件，编程原点Z 向位置一般在左端面、右端面两者中作选择。如果是左右对称零件，Z 向编程原点应选在对称平面内。一般编程原点的确定原则如下：
①将编程原点选在设计基准上，并以设计基准为定位基准，这样可避免基准不重合而产生的误差及不必要的尺寸换算。如图2-4-2所示的圆锥滚子轴承内圈零件，批量生产时，编程原点选在左端面上。
②容易找正对刀，对刀误差小。如图2-4-2所示的圆锥滚子轴承内圈零件，若单件生产，用G92 建立工件坐标系，选零件的右端面为编程原点，可通过试切直接确定编程原点在Z 向的位置，不用测量，找正对刀较容易，对刀误差小。
图2-4-2 圆锥滚子轴承内圈零件简图
③编程方便。如图2-4-3所示的典型轴类零件，选零件球面的中心（图中点O）为编程原点，这样各节点的编程尺寸计算会较方便。
④在毛坯上的位置能够容易、准确地确定，并且各面的加工余量均匀。
图2-4-3 典型轴类零件编程原点设定示例
⑤对称零件的编程原点应选在对称中心。一方面可保证加工余量均匀，另一方面可采用镜像编程，编一个程序加工两个工序，零件的轮廓精度高。
具体应用哪条原则，要视具体情况而定。因此，应在保证加工质量的前提下，按操作方便和效率高来选择。
2.编程尺寸设定值的确定
编程尺寸设定值理论上应为该尺寸误差分散中心，但因事先无法知道分散中心的确切位置，故可先由平均尺寸代替，最后根据试加工结果进行修正，以消除常值系统性误差的影响。
编程尺寸设定值确定的步骤如下：
①精度高的尺寸处理。将基本尺寸换算成平均尺寸。
②几何关系的处理。保持原重要的几何关系，如角度、相切等不变。
③精度低的尺寸的调整。通过修改一般尺寸保持零件原有几何关系，使之协调。
④节点坐标尺寸的计算。按调整后的尺寸计算有关未知节点的坐标尺寸。
⑤编程尺寸的修正。按调整后的尺寸编程并加工一组工件，测量关键尺寸的实际误差分散中心，并求出常值系统性误差，再按此误差对程序尺寸进行调整并修改程序。
二、外圆弧曲面轴类零件数控车削刀具选择
车削圆弧表面或凹槽时，要注意车刀副后刀面是否会与工件已车削轮廓表面干涉问题，如图2-4-4所示。
图2-4-4 注意车刀副后刀面是否会与工件已车削轮廓表面干涉问题
对车刀副后刀面会与工件已车削轮廓表面干涉的，或车削圆弧的圆弧曲率半径较小，容易发生干涉，一般采用直头刀杆车削，如图2-4-5所示。
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图2-4-5 直头刀杆车削示例
任务实施
1.加工案例工艺分析
①对如图2-4-1所示的球头销加工案例进行详尽分析，找出该球头销加工工艺有什么不妥之处？
a.加工方法选择是否得当。
b.夹具选择是否得当。
c.刀具选择是否得当。
d.加工工艺路线是否得当。
e.切削用量是否合适。
f.工序安排是否合适。
g.机床选择是否得当。
h.装夹方案是否得当。
②对上述问题进行分析后，如果有不当的地方，改正过来，提出正确的工艺措施。
③制订正确工艺，并优化工艺。
④填写该球头销加工案例零件的数控加工工序卡、刀具卡，确定装夹方案及计算圆弧曲面圆心坐标。
2.填写数控加工工序卡和刀具卡
填写数控加工工序卡和刀具卡主要引导学生根据选择的机床、刀具、夹具、切削用量及拟订的加工工艺路线，正确填写数控加工工序卡和刀具卡。
1）球头销加工案例零件数控加工工序卡
球头销加工案例零件数控加工工序卡见表2-4-2。
表2-4-2 球头销加工案例零件数控加工工序卡
续表
2）球头销加工案例零件数控加工刀具卡
球头销加工案例零件数控加工刀具卡见表2-4-3。
表2-4-3 球头销加工案例零件数控加工刀具卡
3）球头销加工案例零件装夹方案
该案例零件是典型回转体轴类零件，最适合采用三爪卡盘夹紧，因该工件生产批量30 件，为提高生产效率，采用液压三爪卡盘配软爪。配软爪目的是避免工件加工夹伤严重。再因该工件左端不用加工，故加工时可夹紧工件左端。在液压三爪卡盘内放置合适的圆盘件或隔套，工件装夹时只需靠紧圆盘件或隔套即可准确轴向定位，实现快速装夹。
4）球头销加工案例零件圆弧曲面圆心坐标计算
该案例零件工件坐标系编程原点设置如图2-4-1所示，按此工件坐标系设置。该案例零件两圆弧曲面的圆心坐标计算如下：
SR7mm 圆弧的圆心坐标是：X=0 mm，Z= -7 mm。
R5 mm 圆弧的圆心坐标是：X=50 mm，Z= -（44 +20 -5）-59 mm。
任务评价
评价方式见表2-4-4。
表2-4-4 评价表
巩固与提高
将如图2-4-1所示的球头销加工案例零件的加工要求改成如图2-4-6所示的加工要求，其他不变。试确定毛坯尺寸，设计其数控加工工艺，计算圆弧曲面的圆心面的圆心坐标，并确定装夹方案。
图2-4-6 球头销
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