如何高效加工端面台阶零件？

【任务描述】

任务要求：如图2.6所示为端面台阶零件图。毛坯为φ30 mm 的45 钢棒料。要求分析其数控车削加工工艺，编制数控加工工序卡并进行加工。

图2.6　端面台阶轴零件图

任务分析：本任务加工过程中，由于加工余量较多呈阶梯分布，若单纯采用G80 指令进行编程，必然导致程序冗长，加工效率较低。因此，类似此类长径比较小的盘类零件，采用端面切削单一固定循环G81 指令，可使程序简化，加工效率提高。本任务重点引入单一固定循环G81 指令。

【知识目标】

1.掌握华中世纪星数控系统端面切削单一固定循环G81 指令的指令格式、加工轨迹、各个参数的含义及循环起点确定。

2.掌握确定简单盘类零件加工工艺的方法。

3.正确使用单一固定循环指令，并编写简单零件的粗、精加工程序。

【能力目标】

1.能综合应用数控车削加工工艺知识，分析典型零件的数控车削加工工艺。

2.能正确编写典型零件数控车削加工工序卡。

3.能正确分析零件表面质量，熟练应用相关量具测量、读数。

4.掌握尺寸控制方法，完成零件加工。

【相关知识】

当车削盘类零件（长径比较小）时，可以使用端面车削循环G81。

指令格式：

G81　X(U)__　Z(W)__　K __　F __；

式中：

X，Z：端面切削的终点坐标值。

U，W：端面切削的终点相对于循环起点的坐标。

K：端面切削的起点相对于终点在Z 轴方向的坐标分量。当起点Z 向坐标小于终点Z向坐标时，R 为负；反之，为正。

执行G81 指令，如图2.7所示。刀具从循环起点按1→2→3→4 运动，最后又回到循环起点。G81 轨迹与G80 轨迹相似，其区别是G81 沿着-Z 方向切入，沿着-X 方向切削，而G80 沿着-X 方向切入，沿着-Z 方向切削。

图2.7　G81 指令切削循环

例如，图2.8 用G81 指令编程，双点画线代表毛坯。

图2.8　G81 切削循环编程实例

其加工程序如下：

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N1　G90　G00　X60　Z45　M03　S800；　（选定主轴正转，到循环起点）

N2　G81　X25　Z31.5　K-3.5　F100；　（加工第一次循环，吃刀深2 mm）

N3　X25　Z29.5　K-3.5；　（每次吃刀均为2 mm）

N4　X25　Z27.5　K-3.5；　（每次切削起点位，距工件外圆面5 mm，故K 值为-3.5）

N5　X25　Z25.5　K-3.5；　（加工第四次循环，吃刀深2 mm）

N6　M05；　（主轴停）

N7　M30；　（主程序结束并复位）

【任务实施】

数控车床加工零件的一般步骤包括分析零件图样、加工工艺分析、编程加工程序及技能训练。

1.分析零件图样

如图2.6所示，本任务中尺寸精度要求主要通过在加工过程中的准确对刀，正确设置刀补及磨耗，以及制订合适的加工工艺等措施来保证。本任务未标注几何公差，几何精度要求不高，通过机床精度及一次装夹加工可达到要求。加工后的表面粗糙度要求为Ra1.6 μm，可通过选用合适的刀具及其几何参数，正确的粗、精加工路线，以及合理的切削用量等措施来保证。

2.加工工艺分析

1）制订加工方案

本任务采用一次装夹工件先用G80 完成mm 和mm 两个圆柱面加工，再用G81 完成mm 圆柱面加工，最后用G01 按轮廓完成3 个表面的精加工。

2）工件定位与装夹

工件采用通用三爪自定心卡盘进行定位与装夹，工件伸出卡盘端面外长度约65 mm。工件采用直径φ30 mm 的45 钢棒。

3）选择刀具及切削用量(www.xing528.com)

本任务刀具材料均为硬质合金，根据教学实际可选用焊接式普通外圆车刀或机械夹固式外圆车刀，选用机械夹固式端面车刀以及焊接切断刀。其切削用量见表2.4。

表2.4　切削用量

4）量具选择

外圆长度精度不高，选用0 ～150 mm 游标卡尺测量。外圆有精度要求，用0 ～25，25 ～50 mm 的外径千分尺。

3.加工程序编制

1）建立工件坐标系

根据工件坐标系建立原则：工件原点一般设在右端面与工件轴线交点处。

2）基点坐标

如图2.9所示，A（X10，Z0），B（X12，Z-1），C（X12，Z-6），D（X24，Z-6），E（X24，Z-11），F（X29，Z-11），G（X29，Z-30）。

图2.9　轮廓基点坐标

3）编制程序

编制程序见表2.5。

表2.5　零件加工参考程序

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4.技能训练

1）加工准备

①检测坯料尺寸。

②装夹刀具与工件。

外圆车刀按要求装于刀架的T01 号刀位。割断刀按要求装于刀架的T02 号刀位。毛坯伸出卡爪长度为65 mm。

③程序输入。

④程序模拟。

⑤开机、关机、回参考点。

2）对刀

外圆车刀采用试切法对刀，把操作得到的数据输入T01 刀具长度补偿存储器中。

切断刀采用与外圆刀加工完的端面和外圆接触的方法，把操作得到的数据输入T02刀具长度补偿存储器中。

3）校刀

操作步骤详见项目一任务五中的校刀方法。

4）零件自动加工及尺寸控制

（1）零件自动加工

将程序调到开始位置，选择自动加工方式，调好进给倍率，按数控车床循环启动按钮进行自动加工。首次加工将程序控制调整为单段，快速进给倍率调整为25%。

（2）零件加工过程中尺寸控制

①对好刀后，按循环启动按钮执行零件的粗加工。

②粗加工完成后，用千分尺测量外圆直径。

③修改磨耗，在修改磨耗时考虑中间公差。中间公差一般取中值。

④自动加工执行精加工程序段。

⑤测量（若测量尺寸仍大，还可继续修调）。

【检测与评分】

零件加工结束后进行检测，并将检测结果填入表2.6 中。

表2.6　端面台阶轴零件评分表

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