数控车工理论知识考试题及答案解析

数控车工理论知识考试题及答案解析一、单项选择题（每题2分，共20分）1.数控车床的坐标系中，通常规定（）为刀具相对于工件的运动方向。A.工件静止，刀具移动B.刀具静止，工件移动C.工件和刀具同时移动D.以上均不正确2.下列G代码中，属于模态指令的是（）。A.G04（暂停）B.G01（直线插补）C.G28（返回参考点）D.G92（螺纹切削循环）3.数控车削加工中，粗车时为提高效率，应优先选择较大的（）。A.背吃刀量B.进给速度C.切削速度D.主轴转速4.可转位车刀的刀片型号中，第一位字母表示（）。A.刀片形状B.刀片精度等级C.刀片断屑槽型D.刀片尺寸5.FANUC系统中，G41指令表示（）。A.刀具半径左补偿B.刀具半径右补偿C.刀具长度正补偿D.刀具长度负补偿6.加工外圆时，若工件材料为45钢（硬度200HBW），选用的刀具材料最合理的是（）。A.YG8（钨钴类硬质合金）B.YT15（钨钛钴类硬质合金）C.PCD（聚晶金刚石）D.HSS（高速钢）7.数控车床的定位精度主要影响零件的（）。A.表面粗糙度B.尺寸精度C.形状精度D.位置精度8.下列关于G71（外圆粗车循环）指令的描述，错误的是（）。A.适用于切除工件大部分余量的粗加工B.需指定精加工路径的程序段C.循环过程中自动计算每次切削的背吃刀量D.只能用于外圆加工，不能用于内孔加工9.车削加工中，切削热的主要来源是（）。A.刀具与切屑的摩擦B.工件与刀具的后刀面摩擦C.切屑的塑性变形D.工件与夹具的摩擦10.若程序中未指定刀具补偿值，加工出的零件尺寸会（）。A.无变化B.比理论值大C.比理论值小D.取决于刀具实际半径与补偿值的差值二、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）1.数控车床的Z轴正方向通常定义为远离工件卡盘的方向。（）2.G00（快速定位）指令的移动速度由F代码指定。（）3.车削右旋螺纹时，主轴正转；左旋螺纹时，主轴反转。（）4.硬质合金刀具的耐热性优于高速钢刀具，因此更适合高速切削。（）5.刀具磨损后，加工表面粗糙度会变差，需及时更换或重磨刀具。（）6.加工内孔时，由于刀杆刚性差，应选择较小的背吃刀量和进给速度。（）7.G96（恒线速控制）指令适用于直径变化较大的轴类零件精加工。（）8.数控程序中的M03（主轴正转）必须与S代码（主轴转速）配合使用。（）9.车削圆锥面时，只需保证刀具运动轨迹与圆锥母线平行即可，无需调整机床参数。（）10.加工铝制零件时，为避免粘刀，应选用较大的前角和较高的切削速度。（）三、简答题（每题8分，共40分）1.简述数控车床的加工特点。2.比较G71（外圆粗车循环）与G73（固定形状粗车循环）的适用场景。3.车削加工中，影响表面粗糙度的主要因素有哪些？4.说明刀具半径补偿的作用及使用注意事项。5.加工细长轴时，需采取哪些工艺措施防止变形？四、综合分析题（共30分）如图所示为一阶梯轴零件（材料45钢，未注倒角C1，毛坯为Φ50mm×120mm圆钢），要求：（1）制定加工工艺路线（包括装夹方式、刀具选择、加工阶段划分）；（2）编写精加工程序（FANUC系统，使用G70精加工循环，起点设为（100,100），主轴转速800r/min，进给速度0.15mm/r）；（3）分析加工过程中可能出现“锥度”误差的原因及解决方法。答案及解析一、单项选择题1.答案：A解析：数控车床坐标系定义中，假设工件静止，刀具移动，因此运动方向以刀具为基准。2.答案：B解析：模态指令（续效指令）在程序段中一旦指定，后续程序段可省略，G01为模态指令；G04、G28、G92为非模态指令，仅在当前段有效。3.答案：A解析：粗车时，背吃刀量（ap）对切削力影响最大，增大ap可减少走刀次数，提高效率；进给速度（f）和切削速度（v）需兼顾刀具寿命。4.答案：A解析：可转位刀片型号由10位代码组成，第一位表示刀片形状（如C为菱形80°，D为菱形55°）。5.答案：A解析：G41为刀具半径左补偿（沿刀具运动方向看，刀具在工件左侧），G42为右补偿。6.答案：B解析：45钢为塑性材料，YT类（钨钛钴）硬质合金含TiC，耐磨性好，适合加工钢件；YG类适合铸铁等脆性材料，PCD适合有色金属，HSS适合低速加工。7.答案：D解析：定位精度指机床运动部件实际位置与指令位置的一致程度，直接影响零件的位置精度（如台阶面的轴向距离）。8.答案：D解析：G71可通过调整方向参数（如外圆或内孔）用于内孔加工，需注意刀具方向和补偿方向。9.答案：C解析：切削热的3个来源中，切屑的塑性变形（主变形区）占比最大（约70%），其次是刀具与切屑的摩擦（前刀面），最后是刀具与工件的摩擦（后刀面）。10.答案：D解析：刀具半径补偿用于修正刀具实际半径与编程轨迹的偏差。若未输入补偿值，加工尺寸会偏离理论值，偏差量等于刀具半径与补偿值的差值。二、判断题1.√解析：Z轴正方向通常定义为远离工件（卡盘）的方向，与车床尾座移动方向一致。2.×解析：G00的移动速度由机床参数设定（快速进给率），与F代码无关；F代码仅用于G01等切削进给。3.×解析：螺纹旋向由刀具运动方向决定，主轴始终正转（M03），左旋螺纹通过改变刀具移动方向（Z轴负方向）实现。4.√解析：硬质合金耐热性（800-1000℃）远高于高速钢（600℃），可承受更高切削速度（v=100-300m/min）。5.√解析：刀具磨损后，刃口变钝，切削力增大，工件表面易产生积屑瘤，导致粗糙度恶化。6.√解析：内孔车刀杆直径受孔径限制，刚性差，过大的ap或f会引起振动，影响加工质量。7.√解析：G96（恒线速）通过自动调整主轴转速（n=1000v/πd），使切削速度（v）保持恒定，适用于直径变化大的精加工（如阶梯轴、端面）。8.√解析：M03（主轴正转）需配合S代码指定转速，否则主轴无法启动（部分系统默认最低转速）。9.×解析：车削圆锥面时，若使用偏移尾座法，需计算尾座偏移量；若使用靠模法或数控指令（G01/G02），需确保程序中锥度计算正确。10.√解析：铝的塑性好，易粘刀（积屑瘤），增大前角（γ0=15°-25°）可减小摩擦，提高v（如300-500m/min）可使切屑快速流出，减少粘结。三、简答题1.数控车床的加工特点：①自动化程度高：通过程序控制加工，减少人工干预；②加工精度高：重复定位精度可达0.005mm，尺寸一致性好；③适应性强：适合多品种、小批量零件加工，改型只需修改程序；④生产效率高：可自动换刀、快速定位，减少辅助时间；⑤加工复杂形状：通过插补指令可加工圆弧、圆锥、螺纹等复杂轮廓。2.G71与G73的适用场景比较：G71（外圆粗车循环）：适用于轴类零件的粗加工，切除大部分余量（沿Z轴方向分层切削），要求工件毛坯为圆柱形，精加工路径为单调递增/递减的轮廓（无凹形）。G73（固定形状粗车循环）：适用于毛坯形状与零件轮廓接近的情况（如铸造/锻造件），通过X、Z向分层切削（仿形加工），可加工带凹形的轮廓，适合余量均匀的零件。3.影响表面粗糙度的主要因素：①切削参数：进给速度（f）增大，残留面积高度（H=f/(cotκr+cotκ’r)）增大，粗糙度变差；切削速度（v）过高或过低易产生积屑瘤，恶化表面；②刀具几何参数：主偏角（κr）、副偏角（κ’r）减小，H减小；前角（γ0）增大，切削力减小，表面更光滑；刃口圆弧半径（γε）增大，可降低粗糙度；③工件材料：塑性材料（如低碳钢）易产生积屑瘤，粗糙度高；脆性材料（如铸铁）切屑崩碎，表面较粗糙；④切削液：使用冷却润滑液可减少摩擦和积屑瘤，改善表面质量；⑤工艺系统刚性：机床、刀具、工件刚性不足时易振动，导致表面波纹。4.刀具半径补偿的作用及注意事项：作用：①简化编程：只需按零件轮廓编程，无需考虑刀具实际半径；②保证加工精度：通过补偿值修正刀具磨损或重磨后的尺寸变化；③实现粗、精加工切换：粗加工时补偿值为刀具半径+精加工余量，精加工时补偿值为刀具半径。注意事项：①补偿指令（G41/G42）需在刀具接近工件时切入（如G01或G00+G41），避免过切；②补偿取消（G40）应在刀具离开工件后执行；③轮廓转接处需避免欠切或过切（系统自动处理直线-直线、直线-圆弧等转接）；④内轮廓加工时，刀具半径需小于轮廓最小凹圆弧半径，否则无法加工。5.加工细长轴的防变形工艺措施：①装夹方式：采用一夹一顶（卡盘+顶尖），卡盘夹持长度≤10mm，避免夹紧力过大；使用弹性顶尖（可轴向伸缩），减少热伸长导致的弯曲；②刀具选择：采用主偏角κr=75°-93°的车刀（减小径向切削力），前角γ0=15°-20°（减小切削力），刃倾角λs=3°-10°（使切屑向待加工表面流出）；③切削参数：减小背吃刀量（ap=0.5-1.5mm），降低进给速度（f=0.1-0.3mm/r），提高切削速度（v=100-150m/min），减少切削力和热变形；④辅助支撑：使用中心架（固定在床身，支撑工件中部）或跟刀架（随刀具移动，支撑靠近刀尖的位置），提高刚性；⑤冷却润滑：使用充分的乳化液冷却，降低工件温度，减少热膨胀；⑥加工顺序：先车大直径段，后车小直径段，减少径向力集中；采用反向车削（刀具从卡盘向顶尖移动），使轴向力拉工件，减小弯曲。四、综合分析题（1）加工工艺路线：①装夹方式：采用一夹一顶（三爪卡盘夹持左端Φ50mm外圆，夹持长度10mm；右端用弹性顶尖支撑）。②刀具选择：T0101（90°外圆车刀，刀片材质YT15，用于粗、精加工）；T0202（切断刀，刀宽4mm，用于切断）；T0303（60°螺纹车刀，用于车M24×2外螺纹）。③加工阶段划分：-粗加工：使用G71循环车削外圆（Φ46mm×50mm、Φ38mm×30mm、Φ30mm×20mm），留0.5mm精加工余量；-半精加工：车削M24×2螺纹外圆（Φ22mm×25mm），留0.2mm精加工余量；-精加工：使用G70循环精加工外圆轮廓；-螺纹加工：使用G92循环车削M24×2螺纹（3刀，背吃刀量依次为0.8mm、0.6mm、0.4mm）；-切断：在Φ50mm外圆右端115mm处切断（总长110mm）。（2）精加工程序（FANUC系统）：```O0001；G40G97G99；（取消补偿，恒转速，每转进给）M03S800；（主轴正转，800r/min）T0101；（调用1号外圆车刀，刀补1）G00X100Z100；（快速定位到起刀点）G00X52Z2；（快速接近工件）G71U0.5R0.3；（粗车循环：每次背吃刀量0.5mm，退刀量0.3mm）G71P10Q20U0.2W0.1F0.2；（粗车路径：N10到N20，X向留0.2mm，Z向留0.1mm，进给0.2mm/r）N10G00X22；（精加工路径起点）G01Z0F0.15；（车端面）X24Z-1；（倒角C1）Z-25；（车Φ24mm外圆）X28；（倒角C1）Z-30；（车Φ28mm外圆）X30Z-31；（倒角C1）Z-51；（车Φ30mm外圆）X38Z-52；（倒角C1）Z-82；（车Φ38mm外圆）X46Z-83；（倒角C1）Z-133；（车Φ46mm外圆）X50；（倒角C1）Z-135；（车Φ50mm外圆）N20G01X52；（精加工路径终点）G70P10Q20；（精加工循环）G00X100Z100；（返回起刀点）M05；（主轴停）M30；（程序结束）```