【任务描述】
任务要求：如图2.1所示为阶梯轴零件图。毛坯为φ32 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2.1 阶梯轴类零件图
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G00 与G01 指令进行编程，必然导致程序冗长，编程与输入时出错概率增加。因此，采用固定循环指令可使程序简化。本任务重点引入单一固定循环G80 指令，用于简单圆柱的粗加工。
【知识目标】
1.掌握华中世纪星数控系统G00，G01 指令以及单一固定循环G80 的指令格式、加工轨迹、各个参数的含义及循环起点确定。
2.掌握数控车削加工中工艺路线的拟订方法。
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.能看懂刀具样本刀片代号的含义。
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.能正确控制尺寸，完成零件加工。
【相关知识】
1.快速点定位指令G00
指令功能：该指令使刀具以点定位控制方式快速从刀具所在点到达目标点。
1）指令格式
指令格式：
G00 X(U)__ Z(W)__；
式中：
X，Z：终点的绝对坐标。
U，W：终点相对于起点的增量坐标。
2）指令说明
①G00 指令一般作为空行程，G00 指令后不需给定进给速度，进给速度由参数设定。
②G00 指令刀具的实际运动轨迹并不一定是直线，因车床数控系统而异。
③G00 指令的刀具运动速度快，容易撞刀，使用在退刀及空行程场合，能减少运动时间，提高效率。
④G00 指令的目标点不能设置在工件上，一般应离工件有2 ～5 mm 的安全距离，不能在移动中碰到车床、夹具等。
2.插补指令G01
该指令控制刀具以直线运动方式按指定的进给速度从刀具所在点到达目标点。
1）指令格式
指令格式：
G01 X(U)__ Z(W)__ F__；
式中：
X，Z：终点的绝对坐标。
U，W：终点相对于起点的增量坐标。
F：进给速度。
2）指令说明
G01 指令刀具以联动的方式，按F 规定的合成进给速度，从当前位置按线性路线（联动直线轴的合成轨迹为直线）移动到程序段指令的终点。
G01 是模态代码，可由G00，G02，G03 或G32 功能注销。
3.单一固定循环指令G80
单一固定循环可将一系列连续加工动作，如“切入—切削—退刀—返回”，用一个循环指令完成，从而简化程序。
1）圆柱面内（外）径切削循环
指令格式：
G80 X__ Z__ F__；
X__ Z__：循环切削终点（图2.2 中的C 点）处的坐标。
图2.2 圆柱外径切削循环
F__：循环切削过程中的进给速度，该值可沿用到后续程序中去，也可沿用循环程序前已制订的F 值。
例如：
G80 X28 Z-20 F0.1；（C 点坐标值）
2）圆锥面内（外）径切削循环
指令格式：
G80 X__ Z__ I__ F__；
说明：
X，Z：绝对值编程时，为切削终点C 在工件坐标系下的坐标。
增量值编程时，为切削终点C 相对于循环起点A 的有向距离，图形中用U，W 表示。
I：切削起点B 与切削终点C 的半径差。其符号为差的符号（无论是绝对值编程，还是增量值编程）。
该指令执行如图2.3所示A→B→C→D→A 的轨迹动作。
图2.3 圆锥面内（外）径切削循环
图2.4 G80 切削循环编程实例
如图2.4所示，用G80 指令编程，双点画线代表毛坯。
%3317；
M03 S400； （主轴以400 r/min 旋转）
G91 G80 X-10 Z-33 I-5.5 F100； （加工第一次循环，吃刀深3 mm）
X-13 Z-33 I-5.5； （加工第二次循环，吃刀深3 mm）(https://www.xing528.com)
X-16 Z-33 I-5.5； （加工第三次循环，吃刀深3 mm）
M30； （主轴停、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
1）零件分析
零件分析如图2.1所示。
2）尺寸精度、几何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
mm，
mm，外圆
mm；长度尺寸15 mm，30 ±0.05 mm 要求不高。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
本任务加工后的表面粗糙度要求为Ra1.6μm，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
数控加工常见工艺有：分段粗车，按轮廓精车；分层粗车，按轮廓精车。
本任务采用一次装夹工件完成3 个圆柱面加工，先用G80 分层粗车圆柱面，再用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φ32 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2.1。
表2.1 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；外圆直径有精度要求，用25 ～50 mm的外径千分尺。
3.编制加工程序
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）基点坐标
如图2.5所示，基点坐标为A（X20，Z0），B（X20，Z-15），C（X24，Z-15），D（X24，Z-25），E（X30，Z-25），F（X30，Z-40 ）。
3）编制程序
编制程序见表2.2。
图2.5 轮廓基点坐标
表2.2 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、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
选择加工的程序，选择自动加工方式，调好进给倍率（60%），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（若实测尺寸比编程尺寸大0.5 mm，对应刀号的X 磨耗中此时设为-0.5）。
④自动加工执行精加工程序段（从刀号刀补号程序段N120 开始执行）。
⑤测量（若测量尺寸仍大，还可继续修调）。
5）加工结束，清理车床
与前面要求一样，每天加工结束后，整理工具与量具，清除车床切削，做好车床的日常保养和实习车间的卫生，养成良好的文明生产习惯。
【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2.3 中。
表2.3 阶梯轴零件评分表
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