【任务描述】
任务要求：如图2.10所示，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2.10 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，包含锥面和圆弧，若单纯采用G80 指令无法完成。因此，采用固定循环指令G71 可使程序简化。本任务重点引入这两条指令。
【知识目标】
1.掌握内、外圆的粗、精车循环指令G71 的指令格式、各参数的含义、精加工轮廓的描述及循环起点的确定。
2.了解影响精加工余量的因素。
3.能根据加工要求合理确定各参数值，正确使用G71 指令编写零件的粗、精加工程序。
【能力目标】
1.能根据实际切削状况，合理选择切削用量。
2.能正确、合理地应用磨耗修调尺寸，保证尺寸精度。
3.能正确编写典型零件数控车削加工工序卡。
4.能正确分析零件表面质量，熟练应用相关量具测量、读数。
5.掌握尺寸控制方法，完成零件加工。
【相关知识】
1.含圆弧面零件的车削工艺知识
1）含圆弧面零件的加工
在普通车床上加工，可采用双手控制法、成形刀法、靠模法及专业刀具法等加工方法。但是，这些方法效率低，加工精度不高，劳动强度大。在数控车床上加工，用圆弧插补指令（G02/G03）编程进行切削，使刀具在指定平面内按给定的进给速度F 作圆弧切削运动，切削出圆弧轮廓形状。
2）圆弧切削刀具选择
由于外表面有内凹轮廓，因此，选择车刀时，要特别注意副偏角的大小，以防止车刀副后刀面与工件已加工表面发生干涉。一般主偏角取90° ～93°，刀尖角取35° ～55°，以保证刀尖位于刀具的最前端，避免刀具过切。如图2.11所示，当车刀加工至切点A 处时，车刀所需的副偏角达到最大值（为21.28°）。因此，车刀的副偏角须大于21.2°，可选择刀片为菱形机夹刀片，安装后主偏角为93°，副偏角为32°。
图2.11 切点处车刀副偏角
2.圆弧插补指令G02/G03
圆弧插补指令使刀具沿着圆弧运动，切出圆弧轮廓。顺时针圆弧切削用G02，逆时针方向圆弧切削用G03。
1）指令格式
指令格式：
其中：
X，Z：圆弧终点绝对值坐标。
U，W：圆弧终点相对圆弧起点增量坐标。
R：圆弧半径（R 编程）。
F：圆弧插补的进给量。
2）说明
（1）圆弧方向的判定
G02 表示顺时针圆弧（简称“顺圆弧”）插补；G03 表示逆时针圆弧（简称“逆圆弧”）插补。圆弧插补的顺逆方向的判断方法是：向着垂直于圆弧所在平面（如ZX 平面）的另一坐标轴（如Y 轴）的负方向看，其顺时针方向圆弧为G02，逆时针方向圆弧为G03。在判断车削加工中各圆弧的顺逆方向时，一定要注意刀架的位置及Y 轴的方向，如图2.12所示。
（2）应用举例
如图2.13（a）所示的圆弧，其编程指令如下：
G02 X50 Z-10 R35；
如图2.13（b）所示的圆弧，其编程指令如下：
G03 X50 Z-24 R35；
图2.12 顺、逆圆弧判别
图2.13 圆弧编程应用举例
3.复合循环指令
在复合固定循环中，对零件的轮廓进行定义后，即可完成从粗加工到精加工的全过程，使程序得到进一步简化。
内（外）径粗车复合循环G71 介绍如下：
1）无凹槽加工时
指令格式：
G71 U(Δd) R(r) P(ns) Q(nf) X(Δx) Z(Δz) F(f) S(s) T(t)；
说明：
该指令执行如图2.14所示的粗加工和精加工。其中，精加工路径为A→A′→B→B′的轨迹。
图2.14 内、外径粗切复合循环
Δd：切削深度（每次切削量），指定时不加符号，方向由矢量AA′决定。
r：每次退刀量。
ns：精加工路径第一程序段（即图2.14 中的AA′）的顺序号。
nf：精加工路径最后程序段（即图2.14 中的B′B）的顺序号。
Δx：X 方向精加工余量。
Δz：Z 方向精加工余量。
f，s，t：粗加工时G71 中编程的F，S，T 有效，而精加工时处于ns 到nf 程序段之间的F，S，T 有效。
G71 切削循环下，切削进给方向平行于Z 轴，X（ΔU）和Z（ΔW）的符号如图2.15所示。其中，“（ +）”表示沿轴正方向移动，“（ -）”表示沿轴负方向移动。
图2.15 G71 复合循环下X（ΔU）和Z（ΔW）的符号
2）有凹槽加工时
指令格式：
G71 U(Δd) R(r) P(ns) Q(nf) E(e) F(f) S(s) T(t)；
说明：
该指令执行如图2.16所示的粗加工和精加工。其中，精加工路径为A→A′→B′→B的轨迹。(www.xing528.com)
图2.16 内（外）径粗车复合循环G71
Δd：切削深度（每次切削量），指定时不加符号，方向由矢量AA′决定。
r：每次退刀量。
ns：精加工路径第一程序段（即图中的AA′）的顺序号。
nf：精加工路径最后程序段（即图中的B′B）的顺序号。
e：精加工余量，其为X 方向的等高距离；外径切削时为正，内径切削时为负。
f，s，t：粗加工时G71 中编程的F，S，T 有效，而精加工时处于ns 到nf 程序段之间的F，S，T 有效。
注意：
①G71 指令必须带有P，Q 地址ns，nf，且与精加工路径起、止顺序号对应，否则不能进行该循环加工。
②ns 的程序段必须为G00/G01 指令，即从A 到A′的动作必须是直线或点定位运动。
③在顺序号为ns 到顺序号为nf 的程序段中，不应包含子程序。
【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
1）零件分析
零件分析如图2.10所示。
2）尺寸精度、形位精度和表面粗糙度分析
（1）尺寸精度
本任务中，精度要求较高的尺寸主要有φ28 mm 外圆、φ20 mm 外圆和φ14 mm 外圆。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。
（2）形位精度
本任务未标注形位公差，形位精度要求不高，通过机床精度及一次装夹加工可达到要求。
（3）表面粗糙度
本任务中，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）制订加工方案及加工路线
本任务采用一次装夹工件用粗车循环G71 指令依次完成C2.0 倒角，φ14 mm 外圆，锥面，φ20 mm 外圆，R4 圆弧，φ28 mm 外圆的粗加工；循环指令G71 完成粗加工后能进行精加工；粗、精加工的循环起点（32，5）。
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85 mm。工件采用φ30 mm 的45 钢棒。
3）选择刀具及切削用量
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。其切削用量见表2.7。
表2.7 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25 ～50 mm的外径千分尺。
3.编制参考加工程序
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）编制程序
编制程序见表2.8。
表2.8 零件加工参考程序
续表
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。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，按要求调好进给倍率，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2.9 中。
表2.9 端面台阶轴零件评分表
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