数控加工工艺习题与解析

数控加工工艺习题与解析一、选择题（每题2分，共20分）1.下列关于数控加工工艺特点的描述中，错误的是（）。A.加工精度高，质量稳定B.适合小批量、多品种生产C.工艺文件编制简单，无需详细规划D.能加工复杂型面2.数控车削加工中，粗加工时优先选择的切削用量参数是（）。A.切削速度（v_c）B.进给量（f）C.背吃刀量（a_p）D.主轴转速（n）3.加工中心加工孔系时，为避免机床反向间隙影响孔距精度，应采用（）。A.单向趋近定位法B.双向对称趋近法C.快速定位法D.手动调整法4.下列刀具材料中，适合高速精加工淬硬钢（HRC5562）的是（）。A.硬质合金（YG类）B.立方氮化硼（CBN）C.高速钢（W18Cr4V）D.陶瓷刀具5.数控铣削平面时，若采用顺铣，需重点考虑（）。A.机床进给系统的间隙B.工件材料的硬度C.刀具的刃口锋利度D.切削液的冷却效果6.车削细长轴时，为减少径向切削力引起的弯曲变形，应优先（）。A.增大主偏角（κ_r）B.减小主偏角（κ_r）C.增大副偏角（κ_r’）D.减小副偏角（κ_r’）7.下列G代码中，属于模态代码的是（）。A.G04（暂停）B.G01（直线插补）C.G92（螺纹切削循环）D.G28（返回参考点）8.加工中心换刀时，刀具定位误差主要影响（）。A.孔的位置精度B.孔的尺寸精度C.表面粗糙度D.形位公差9.数控加工中，“基准重合”原则指的是（）。A.设计基准与编程原点重合B.定位基准与设计基准重合C.测量基准与装配基准重合D.工序基准与辅助基准重合10.薄壁零件数控铣削时，为防止变形，下列措施中不适用的是（）。A.采用分层多次切削B.增大夹紧力C.使用专用弹性夹具D.选择小直径立铣刀二、填空题（每空1分，共15分）1.数控加工工艺文件的核心是__________，其内容需包含工序、工步、刀具、切削参数等详细信息。2.切削用量三要素是指__________、__________和__________。3.数控车削加工中，G71指令表示__________，G73指令表示__________。4.加工中心常用的对刀方法有__________、__________和__________（至少填三种）。5.影响表面粗糙度的主要因素包括__________、__________和__________（至少填三种）。6.数控编程时，刀具补偿包括__________补偿和__________补偿。7.为避免刀具与工件干涉，数控铣削曲面时通常采用__________（顺铣/逆铣）或__________（球头刀/端铣刀）。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述数控加工工艺路线设计的主要原则。2.分析硬质合金刀具与高速钢刀具的性能差异及适用场景。3.数控车削螺纹时，为何需要设置导入量和导出量？通常如何确定其数值？4.举例说明加工中心工序集中的优势，并指出其局限性。5.对比顺铣与逆铣的特点，说明在数控铣削中如何选择铣削方式。四、计算题（共20分）1.（10分）某轴类零件外圆直径为φ80mm，材料为45钢（σ_b=600MPa），要求粗车后尺寸为φ82mm（单边余量2mm），选用硬质合金车刀（κ_r=90°，γ_o=10°），切削速度v_c=120m/min，进给量f=0.3mm/r，背吃刀量a_p=2mm。计算：（1）主轴转速n（r/min）；（2）切削功率P_c（kW，公式：P_c=K_c×a_p×f×v_c/60000，K_c=2000N/mm²）；（3）若一次走刀完成粗车，工件长度L=300mm，计算加工时间t（min）。2.（10分）某零件需在加工中心上铣削一个矩形槽，槽长100mm，槽宽20mm，槽深10mm，选用φ10mm立铣刀（刃长30mm），主轴转速n=2000r/min，进给速度v_f=400mm/min，每层切削深度a_p=2mm。计算：（1）切削速度v_c（m/min）；（2）每转进给量f（mm/r）；（3）完成该槽所需的走刀次数（横向和纵向）；（4）总加工时间（忽略快速移动和换刀时间）。五、综合分析题（共15分）某企业需加工如图1所示的阶梯轴零件（材料40Cr，调质处理，硬度2832HRC），要求采用数控车床完成粗车和精车工序。零件尺寸标注如下：左端φ50mm×100mm（公差0.02/0.05mm），右端φ30mm×80mm（公差0.01/0.03mm），中间过渡圆角R5mm，表面粗糙度Ra1.6μm，两端面需车平。请完成以下工艺分析：（1）确定工件的定位与装夹方式；（2）选择粗车与精车的刀具类型及材料；（3）制定加工顺序（包括工步划分）；（4）合理选择粗车与精车的切削参数（需说明依据）；（5）指出加工中需重点控制的质量问题及预防措施。参考答案与解析一、选择题1.C（数控加工工艺文件需详细规划，包含刀具路径、参数等）2.C（粗加工优先增大背吃刀量以提高效率）3.A（单向趋近可避免反向间隙影响孔距）4.B（CBN适合高硬度材料的高速精加工）5.A（顺铣时进给方向与切削力水平分力同向，需避免进给系统间隙导致“打刀”）6.A（增大主偏角可减小径向切削力）7.B（模态代码持续有效，G01为模态，其他为非模态）8.A（换刀定位误差直接影响孔的位置精度）9.B（定位基准与设计基准重合可减少基准不重合误差）10.B（增大夹紧力会加剧薄壁变形，应减小夹紧力）二、填空题1.数控加工工序卡2.背吃刀量（a_p）、进给量（f）、切削速度（v_c）3.外圆粗车循环、仿形粗车循环4.试切对刀法、机内对刀仪对刀、寻边器对刀（或Z轴设定器对刀）5.进给量、切削速度、刀具刃口圆角半径（或残留面积高度、振动）6.半径、长度（或位置）7.顺铣、球头刀三、简答题1.主要原则：①先粗后精（粗加工去除余量，精加工保证精度）；②先主后次（优先加工主要表面如配合面，再加工次要表面如螺纹孔）；③基准先行（先加工定位基准面，如两端面和中心孔）；④路线最短（减少空行程，提高效率）；⑤刀具集中（同一把刀完成所有可加工部位，减少换刀次数）。2.性能差异：硬质合金硬度高（HRA8994）、耐热性好（8001000℃），但韧性低；高速钢硬度较低（HRC6268）、耐热性差（600℃），但韧性好、易刃磨。适用场景：硬质合金用于高速切削（v_c>100m/min）、粗加工或半精加工；高速钢用于低速切削（v_c<50m/min）、复杂刀具（如成形铣刀、拉刀）或精加工（需高刃口质量）。3.原因：螺纹车削时，刀具从静止加速到稳定进给需要导入量（δ1），退出时需减速避免乱扣，因此需要导出量（δ2）。数值确定：通常δ1=(23)P（螺距），δ2=(12)P；精密螺纹或大螺距时，δ1、δ2需增大（如δ1=35P）。4.优势：①减少装夹次数，提高位置精度（如一次装夹完成多面加工）；②缩短工序时间，提高效率；③减少设备和夹具数量，降低成本。局限性：①对机床刚性和刀具性能要求高；②程序复杂，调试时间长；③单工序故障影响整体进度。5.顺铣特点：切削厚度由大变小，刀具寿命长，表面质量好；但水平切削力与进给方向同向，易引发“啃刀”（需机床进给无间隙）。逆铣特点：切削厚度由小变大，刃口易磨损，表面质量较差；但水平切削力与进给反向，无“啃刀”风险。选择依据：若机床进给系统间隙小（如滚珠丝杠），工件表面无硬皮，优先顺铣；若工件表面有硬皮（如铸件）或机床间隙大，选择逆铣。四、计算题1.（1）n=1000v_c/(πd)=1000×120/(3.14×80)≈477r/min（取480r/min）（2）P_c=2000×2×0.3×120/60000=2.4kW（3）加工时间t=(L+Δ)/f×n，Δ为切入切出量（取5mm），则t=(300+5)/(0.3×480)≈2.12min2.（1）v_c=πdn/1000=3.14×10×2000/1000≈62.8m/min（2）f=v_f/n=400/2000=0.2mm/r（3）槽宽20mm，铣刀φ10mm，横向走刀次数：(2010)/10+1=2次（中心轨迹偏移5mm）；槽深10mm，每层2mm，纵向走刀次数：10/2=5层（4）每层加工长度=100mm（槽长）+2×5mm（切入切出）=110mm，每层时间=110/400=0.275min；总时间=5层×2次×0.275=2.75min五、综合分析题（1）定位与装夹：采用一夹一顶方式（三爪卡盘夹持左端φ50mm外圆，右端用顶尖支撑），确保同轴度；或使用液压卡盘+尾座，减少夹紧变形。（2）刀具选择：粗车刀选用硬质合金（YT15或YTM30），主偏角κ_r=93°（防径向力过大），刀尖圆弧半径r_ε=0.8mm（提高刀具强度）；精车刀选用涂层硬质合金（如P10），κ_r=95°（减小残留面积），r_ε=0.4mm（降低表面粗糙度）。（3）加工顺序：①车右端面（定总长）；②粗车右端φ30mm外圆（留0.5mm精车余量）；③粗车左端φ50mm外圆（留0.5mm余量）；④精车右端φ30mm外圆（达尺寸公差）；⑤精车左端φ50mm外圆（达尺寸公差）；⑥车过渡圆角R5mm（精车时同步完成）。（4）切削参数：粗车时，a_p=1.52mm（单边余量2mm，分两次走刀），f=0.30.4mm/r（提高效率），v_c=8010