2025年《高性能制造》数控编程题库

2025年《高性能制造》数控编程题库考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.在数控编程中，用于控制刀具快速移动到程序起点或指定点，不进行切削的指令是？A.G00B.G01C.G02D.G032.G41和G42指令用于控制刀具半径补偿，当刀具补偿左偏时，应使用哪个指令？A.G41B.G42C.G40D.G433.G90指令代表什么坐标系？A.绝对坐标系B.增量坐标系C.工件坐标系D.机床坐标系4.M03指令表示什么功能？A.主轴停止B.主轴正转C.主轴反转D.冷却液开启5.在高速切削理念中，通常优先采用哪种进给方式以获得更高的生产效率？A.逆铣B.顺铣C.摆线铣削D.斜向进给6.刀具材料PCD（聚晶金刚石）主要用于加工哪种材料？A.钢铁B.铝合金C.非铁金属D.聚合物7.程序段`G01X100Y50F100;`中，F100代表什么？A.主轴转速B.进给速度C.刀具半径补偿值D.切削深度8.在数控编程中，使用子程序的主要目的是什么？A.减少程序段数量B.提高程序执行效率C.重复执行相同的加工操作D.以上都是9.高性能制造强调的“绿色化”理念在数控加工中主要体现在？A.使用更快的切削速度B.最大限度地减少切削液使用和废屑产生C.采用更昂贵的刀具材料D.提高机床的自动化程度10.G17,G18,G19指令分别用于选择哪个坐标平面进行圆弧插补？A.XY,XZ,YZB.ZX,ZY,XYC.XY,ZX,YZD.XZ,YZ,XY二、填空题11.数控程序通常由程序名、程序头、程序主体和______四个部分组成。12.G代码通常分为准备功能代码（如G00,G01）和______代码（如M03,M05）。13.选择切削刀具时，除了考虑材料，还需要考虑刀具的几何参数，如______、后角和刃倾角。14.为了保证加工精度和表面质量，对于精密加工，通常优先采用______铣削。15.在使用刀具半径补偿指令（G41,G42）时，必须先进行______，才能取消补偿。16.切削速度（Vc）、进给速度（F）和切削深度（ap）是影响切削效率的主要切削参数。17.工件坐标系是通过指令（如G54,G55）来设定的，其原点通常设在零件的______或对称中心。18.高速切削通常要求使用较小的______和较大的进给率。19.数控编程中，程序段格式规定了程序段内各字段的______、顺序和含义。20.程序结束指令M30的作用是______，并使机床复位到初始状态。三、判断题(请判断下列说法的正误，正确的划“√”，错误的划“×”）21.G91指令表示使用增量坐标系统进行编程。()22.使用G42指令进行刀具半径补偿时，刀具中心轨迹会偏离开零件轮廓一个刀具半径。()23.顺铣时，刀具的进给方向与工件表面加工余量的去除方向相同。()24.编写数控程序时，必须严格遵守程序段的格式要求。()25.子程序可以嵌套调用，但通常有限制层数。()26.高性能制造强调通过增加切削深度来提高加工效率。()27.G00指令编程时，机床将以其最快速度移动，可能不保证精度。()28.M08指令用于开启切削液，M09用于关闭。()29.任何复杂的零件都可以通过增加更多G代码指令来实现的编程。()30.CAM软件能够完全替代手工数控编程。()四、简答题31.简述G01和G00指令的主要区别及其在数控加工中的应用场景。32.什么是刀具半径补偿？使用刀具半径补偿编程有哪些优点？33.比较顺铣和逆铣在加工质量、刀具磨损和切削力方面的主要差异。34.结合高性能制造的理念，谈谈如何优化数控加工的切削参数选择。35.在数控编程中，设置工件坐标系有哪几种常用方法？为什么使用工件坐标系？五、编程题36.零件图纸如下（此处省略图纸，假设为简单直线轮廓，如一个边长为50mm的正方形）：要求使用直径10mm的立铣刀，从坐标(0,0)开始，沿X轴方向先铣左边界，再铣上边界，最后铣右边界，完成整个正方形轮廓的铣削。刀具从起始点出发，沿Z轴快速抬刀至安全高度10mm后程序结束。请使用G代码手工编写完成该零件轮廓铣削的基本加工程序框架（需要包含G代码指令、坐标系选择、运动指令、进给率、抬刀等关键信息，无需精确计算每个坐标点）。37.给定一段存在问题的G代码程序段：`N10G01X100Y-20Z-5F150;`，请分析其中可能存在的问题，并提出修改建议。假设需要加工一个需要半径补偿的凹槽轮廓，请简述编程的基本思路和步骤。六、综合分析题38.分析一个需要使用多把不同刀具（如端铣刀、球头刀、钻头）完成加工的复杂零件（此处省略零件图，假设包含铣削平面、钻孔、曲面抛光等工序），从加工工艺规划的角度，说明如何合理安排加工顺序，选择合适的刀具和切削参数，并考虑如何运用子程序等高级编程技巧来简化程序结构。同时，结合高性能制造的要求，提出至少三点可以改进加工效率和/或加工质量的具体措施。试卷答案一、选择题1.A解析：G00指令用于快速定位，不切削；G01是直线插补；G02/G03是圆弧插补。2.A解析：G41表示刀具补偿左偏，即刀具在补偿后位于工件轮廓左侧；G42表示右偏。3.A解析：G90是绝对坐标编程指令，指定坐标值是绝对尺寸；G91是增量坐标编程指令。4.B解析：M03指令使主轴按顺时针方向旋转，通常用于铣削或镗孔；M04是逆时针旋转。5.C解析：摆线铣削（Trochoidalmilling）是一种特殊的高速铣削策略，通过刀具沿摆线轨迹运动，在每次进给中只切去很小的切屑层，能有效控制切削力、温度，实现高速、高精度加工，效率高。6.B解析：PCD材料硬度极高，主要用于加工高硬度、高耐磨性的非铁金属，如铝合金、铜合金、复合材料等。7.B解析：F后面的数值表示进给速度，单位通常是毫米/分钟（mm/min）。8.D解析：子程序是为了简化编程，避免重复编写相同或相似的程序段，提高编程效率和可读性。它可以被主程序调用，实现模块化设计。9.B解析：绿色制造强调资源利用的最大化和环境影响的最小化。在数控加工中，这意味着减少废料（少切、少废料加工）、节约能源（高效切削、设备节能）、减少污染（减少或替代切削液、处理废油）等。10.A解析：G17选择XY平面进行圆弧插补；G18选择XZ平面；G19选择YZ平面。二、填空题11.程序结束符解析：标准的数控程序结构包含上述四个部分，程序结束符（如M30或M02）标志着整个程序的终结。12.辅助解析：G代码分为准备功能（G代码）和辅助功能（M代码），分别控制机床的几何运动和开关辅助设备。13.前角解析：刀具角度是刀具几何参数的重要组成部分，前角影响切削力、切削热和切屑形状，对加工质量和效率有显著影响。14.顺铣解析：顺铣时，切削力方向与工件进给方向相同，切削力波动较小，排屑较好，加工表面质量通常优于逆铣，尤其适用于精密加工。15.取消刀补（G40）解析：使用G41或G42建立刀补后，必须使用G40指令取消刀补，否则会在程序结束或遇到错误时导致刀具偏离编程轨迹。16.切削深度解析：虽然Vc和F都显著影响效率，但ap（切削深度）的增减对材料去除率的影响最为直接和显著，是提高效率的关键参数之一。17.边缘解析：工件坐标系原点通常设置在零件的设计基准或便于找正的位置，如零件的某个角点、中心孔或对称中心。18.切削深度解析：高速切削通常采用较小的切削深度（ap）和较大的进给率（F），以维持高切削速度（Vc），同时控制切削力和温度。19.格式解析：程序段格式规定了程序字（如G,X,Y,F等）、数据、地址符以及它们在程序段中的排列顺序和含义。20.程序结束并复位解析：M30不仅标志程序执行完毕，还会将程序计数器清零，使机床恢复到初始状态，准备执行下一个程序。三、判断题21.√解析：G91指令指示系统以增量方式解释后续的坐标值，即相对于当前点的位移量。22.√解析：G42补偿时，刀具中心轨迹偏离编程轮廓一个刀具半径，并位于工件轮廓的“外侧”（通常指刀具左侧，取决于进给方向）。23.√解析：顺铣时，刀具从工件待加工表面的最高点开始切削，切削力方向与进给方向相同。24.√解析：数控系统有严格的程序格式要求，如地址字长度、数据类型、程序段长度等，违反可能导致程序错误或机床报警。25.√解析：子程序可以嵌套调用，即在一个子程序内部可以调用另一个子程序，但通常有最大嵌套层数的限制，以防止程序出错。26.×解析：高性能制造强调高效、精密、绿色。增加切削深度会显著增大切削力、切削热和刀具磨损，可能降低表面质量，并非总是能提高效率，通常需要在保证加工质量和刀具寿命的前提下选择合适的切削深度。27.√解析：G00是快速定位指令，主要追求移动速度，不保证定位精度和表面加工质量，常用于空行程或换刀。28.√解析：M08通常用于开启切削液冷却；M09用于关闭切削液。29.×解析：复杂的零件编程需要综合考虑加工工艺、刀具选择、机床能力等多方面因素，并非简单增加G代码指令即可实现，有时还需要运用子程序、宏程序等高级编程技术。30.×解析：CAM软件是强大的辅助工具，可以显著提高复杂零件编程的效率和精度，但手工编程在理解工艺、处理简单几何、应对机床特定限制等方面仍有优势，两者不能完全替代。四、简答题31.答：G01指令是直线插补指令，控制刀具以给定的进给速度沿直线轨迹从起点移动到终点；G00指令是快速定位指令，控制刀具以程序设定的最大速度快速移动到指定坐标点，路径可能是直线或曲线，不进行切削加工。G01用于轮廓加工和精确定位；G00用于快速移动、换刀、返回参考点等。解析思路：分别解释两个指令的基本功能和运动特点，并对比其核心区别在于是否进行切削加工以及速度特性，然后说明各自的主要应用场景。32.答：刀具半径补偿是数控系统中的一种功能，允许程序员在编程时只需根据零件轮廓编程，而无需考虑刀具的实际半径。系统会自动根据编程轨迹和刀具半径计算出刀具中心轨迹，并控制刀具按此轨迹运动，从而加工出符合要求的工件轮廓。优点包括：简化编程，无需精确计算刀具中心位置；便于更换不同半径的刀具而无需修改程序（通过D地址补偿）；提高编程效率和程序的可读性；可以方便地加工凹凸轮廓。解析思路：首先定义什么是刀具半径补偿，说明其作用原理（根据轮廓和刀半径计算刀心轨迹）。然后重点列出其优点，如简化编程、适应刀具更换、提高效率等，并简要解释原因。33.答：顺铣和逆铣是铣削加工中刀具相对工件进给方向的两种不同方式。顺铣时，刀具从工件待加工表面的最高点开始切削，切削力方向与进给方向相同；逆铣时，刀具从工件已加工表面（或较低点）开始切削，切削力方向与进给方向相反。差异主要体现在：逆铣时切削力波动较大，容易引起振动；切削力方向向下，有助于支撑工件；排屑相对困难，尤其在加工硬化层时。顺铣时切削力比较平稳；切削力方向向上，可能将工件抬起；排屑较好。但顺铣时，如果机床刚性不足或工件刚性差，可能会出现让刀现象（工件在切削力作用下上下振动）。通常在条件允许时优先采用顺铣。解析思路：首先明确顺铣和逆铣的定义和运动关系。然后分别阐述两者在切削力（大小、稳定性）、对工件支撑、排屑方面的主要不同。最后总结各自的特点和通常的应用倾向。34.答：结合高性能制造理念优化切削参数选择，需要综合考虑效率、质量、成本和环保。具体措施包括：根据材料特性和加工要求选择最佳切削速度（Vc），在保证加工质量和刀具寿命的前提下尽可能提高；选择合适的进给率（F），考虑切削力、切削热和表面粗糙度，高速铣削通常配合较小的切深和较大的进给率；选择恰当的切削深度（ap）和进给量（f），避免切削力过大导致振动和变形，减少切削热集中；选用高性能刀具材料和合理的刀具几何参数（如前角、后角、刃倾角），提高切削效率和耐用度；优化刀具路径和加工策略（如高速摆线铣、顺铣策略），减少空行程和加工时间；实施切削过程监控和自适应控制，实时调整参数以维持最佳加工状态；采用绿色切削液或干式/半干式切削，减少环境污染。解析思路：从高性能制造的核心要素（效率、质量、成本、环保）出发，分别阐述如何在这些方面通过优化Vc,F,ap,f以及刀具、策略等参数来实现目标。35.答：在数控编程中设置工件坐标系（也称编程坐标系）的常用方法有：利用G54-G59等选择预设的工件坐标系；使用G50指令建立用户坐标系偏移量；通过测量工件实际位置后手动输入偏移值来设定。设置工件坐标系的原因在于：可以将零件图纸上的编程坐标系（便于设计）转换为机床坐标系（便于加工），简化编程过程；便于在同一台机床上加工形状相似但位置不同的多个工件，只需调用不同的工件坐标系偏移量；提高加工精度和可重复性，因为工件坐标系原点通常设在零件的基准位置，定位更准确；使程序更具有通用性，与机床原点位置无关。解析思路：先列举设置工件坐标系的常用方法（G54-G59,G50,测量设定）。然后重点解释为什么要设置工件坐标系，主要从简化编程、适应批量生产、提高精度和通用性等方面说明其必要性和优势。五、编程题36.（示例性框架，具体数值和细节需根据图纸和工艺）O1000(程序名，假设)G17;选择XY平面G90;选择绝对坐标编程G54;选择预设工件坐标系（假设工件原点在左下角）G00G90X0Y0S1200M03;快速移动到起点(0,0)，主轴正转1200rpmZ5;快速抬刀至安全高度5mmG43H1Z10;刀具长度补偿（假设补偿号H1，刀具长度补偿值已知），移动到起始加工高度10mmG01Z-5F100;下刀至切削深度-5mm，进给率100mm/minX50F150;铣削X方向左边界，进给率提高至150mm/minY50;铣削Y方向上边界X100;铣削X方向右边界G00Z10;快速抬刀至安全高度10mmM30;程序结束并复位（注：此为基本框架，未包含刀具半径补偿、空行程优化等）37.答：分析N10程序段：`G01X100Y-20Z-5F150;`问题：该程序段只包含了直线插补指令G01和运动目标点(X100,Y-20,Z-5)，以及进给率F150。存在的主要问题是没有指定刀具半径补偿（G41/G42），也没有建立刀具长度补偿（G43/Hxx）。修改建议：如果需要加工凹槽轮廓，且刀具半径为r，则必须使用刀具半径补偿。假设使用G41补偿，修改如下（仅为示意，未指定刀半径值和起始点）：`G00G90X...Y...S...M03;(快速定位到补偿起点，主轴启动)``G43H1Z10;(刀具长度补偿)``G01Y-20F100;(建立补偿，先移动Y方向，确保刀具中心在轮廓外)``G41X100Y...D1F150;(到达轮廓起点，建立左补偿，D1为刀半径补偿值)``G01X...;(沿凹槽轮廓切削)``G40X...Y...;(到达轮廓终点，取消补偿)`如果不需要凹槽补偿，但需要下刀和移动，则必须添加G43/Hxx指令，如：`G00G90X...Y...S...M03;``G43H1Z10;``G01Z-5F150;`编程基本思路和步骤（加工凹槽）：1.选择合适的刀具，设定刀号和补偿参数（D地址）。2.刀具快速定位到起刀点（通常在零件外，便于建立补偿）。3.启动主轴旋转。4.进行刀具长度补偿（G43/Hxx）。5.建立刀具半径补偿（G41/G42），并移动到轮廓起始点。6.沿零件轮廓进行切削（G01/G02/G03），系统自动计算刀心轨迹。7.到达轮廓终点后，取消刀具半径补偿（G40）。8.刀具快速抬刀至安全高度。9.主轴停止，程序结束。38.答：复杂零件（假设包含平面、孔、曲面）的加工规划与编程：1.工艺规划：*分析零件图，确定加工内容（平面、孔、曲面等）。*确定加工顺序：通常遵循“先面后孔、先粗后精、先基准面后其他面”的原则。例如，先铣削大平面去除大部分余量，再加工孔和曲面，最后进行精加工。*选择刀具：根据加工特征选择合适的刀具类型（端铣刀、球头刀、钻头、锪刀等）和规格（直径、长度）。*选择切削参数：为每把刀和每种加工阶段（粗、精）设定合理的切削速度(Vc)、进给率(F)和切削深度(ap)。2.编程思路与步骤：*建立工件坐标系（G54等）。*编写程序开头（包含初始化指令G17/G18/G19,G90/G91,G00,S启动主轴,M08开启冷却等）。*粗加工：*使用粗加工刀具，调用相应的刀具补偿（Hxx）。*编写粗加工策略（如环切、行切），使用循环指令（如G71,G73）或多次G01/G00移动实现。*调用子程序处理重复轮廓（如零件的边框）。*半精加工：*可能使用与粗加工相同或不同的刀具，进行二次加工，去除余量，为精加工做准备。*精加工：*使用精加工刀具（如球头刀、精密端铣刀）。*使用更小的切削参数，确保获得要求的尺寸精度和表面质量。*编写精确的刀具路径，可能需要使用插补指令G01,G02,G03，并可能结合刀具半径补偿G41/G42。*辅助工序：*编写钻孔、镗孔、攻丝等子程序或独立程序段。*使用M代码控制冷却液、程序暂停等。*程序结尾：*刀具快速返回起点或安全位置。*主轴停止（M05）。*关闭冷却液（M09）。*程序结束指令（M30）。*子程序应用：对于零件上存在的重复几何特征（如多个相同孔、相同轮廓），可以编写成子程序，在主程序中通过参数调用，简化编程。3.高性能制造改进措施：*采用高速切削策略：如摆线铣削减少刀具负载和振动，提高表面质量；优化刀具路径减少空行程时间。*实施干式/半干式切削：减少切削液使用，降低成本，改善环境，减少粘刀影响。*应用自适应控制技术：在加工过程中实时监测切削状态（如力、温度），自动调整切削参数，维持最佳切削条件，提高加工稳定性和效率。*采用多轴联动加工：尤其对于复杂曲面，使用五轴或更多轴加工可以一次装夹完成，减少重复定位误差，提高加工精度和效率。*进行仿真优化：利用CAM软件进行加工过程仿真，提前发现干涉、碰撞等问题，优化刀具路径和参数，缩短程序准备时间。六、综合分析题（由于题目未提供零件图，此处无法给出针对具体零件的详细分析，仅提供分析框架和思路）答：复杂零件（假设包含平面、孔、曲面）的加工规划与编程分析：1.加工顺序规划：*通常遵循“先基准后其他”、“先粗后精”、“先面后孔”