(2025年)《数控加工工艺》习题与参考答案

(2025年)《数控加工工艺》习题与参考答案一、选择题（每题2分，共10分）1.下列关于数控加工工序集中原则的描述中，错误的是（）。A.减少装夹次数，提高加工精度B.减少机床数量，降低生产成本C.适合加工形状复杂、工序多的零件D.对操作工人的技术要求较低2.加工淬硬钢（HRC55-62）的精密外圆时，最适宜选择的刀具材料是（）。A.高速钢（HSS）B.硬质合金（WC-Co）C.立方氮化硼（CBN）D.陶瓷（Al₂O₃）3.某轴类零件以两端中心孔作为定位基准，这种基准属于（）。A.设计基准B.工序基准C.定位基准D.测量基准4.数控车削编程中，G71指令的主要功能是（）。A.外圆粗车循环B.端面粗车循环C.固定形状粗车循环D.精加工循环5.加工中心换刀时，换刀点的位置通常应设置在（）。A.工件表面上方5mm处B.机床参考点C.远离工件且无干涉的安全位置D.刀具初始装夹位置二、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内容。2.粗加工与精加工分开进行的主要原因有哪些？3.刀具前角对切削过程的影响主要体现在哪些方面？如何根据加工材料选择前角大小？4.数控编程中，刀具半径补偿（G41/G42）的作用是什么？使用时需注意哪些问题？5.列举三种常见的数控加工误差来源，并说明其对应的减小措施。三、分析题（共60分）1.（15分）某轴类零件如图1所示（材料45钢，调质处理HRC28-32），需加工外圆φ50h6（长度80mm）、φ40h7（长度50mm）、键槽（宽10mm×深3mm）及两端面（总长150mm±0.1mm）。试制定其数控加工工艺路线（含设备选择、定位基准、工序顺序及关键工艺参数）。2.（15分）加工一批铝合金盘类零件（直径φ200mm，厚度20mm，中心有φ50H7通孔，外圆需车削至φ200h7，表面粗糙度Ra1.6μm）。现有三爪卡盘、四爪卡盘、花盘-角铁三种夹具，分析应选择哪种夹具？并说明装夹方案（含定位面、夹紧点、防变形措施）。3.（15分）某模具型腔为自由曲面（材料为P20模具钢，硬度HRC30-35），需采用数控铣削加工。试从刀具选择（类型、材料、几何参数）、切削参数（转速、进给量、背吃刀量）、走刀路径规划（策略、方向）三个方面，说明工艺方案设计要点。4.（15分）智能数控系统（如具备自适应控制、工艺数据库功能）对传统数控加工工艺优化有哪些具体影响？结合实例说明其在提高加工效率、保证质量方面的应用。参考答案一、选择题1.D（工序集中对操作工人的综合技能要求更高，需掌握多工序操作知识）2.C（CBN刀具适合加工高硬度材料，耐磨性和热稳定性优于硬质合金和陶瓷）3.C（中心孔用于定位，属于定位基准）4.A（G71为外圆/内孔粗车循环，用于切除较大余量）5.C（换刀点需避开工件、夹具及机床部件，确保换刀安全）二、简答题1.主要内容包括：①确定加工方法（如车、铣、钻等）；②划分加工阶段（粗加工、半精加工、精加工）；③安排工序顺序（先基准后其他、先面后孔、先主后次）；④确定工序集中与分散程度；⑤选择机床与工艺装备（刀具、夹具、量具）；⑥确定切削参数（转速、进给量、背吃刀量）。2.原因：①粗加工切削力大、发热多，易引起工件变形，分开可减少精加工时的残余应力影响；②粗加工后工件尺寸误差大，精加工可修正尺寸精度；③粗加工使用大余量、大切削参数，精加工使用小参数保证表面质量；④便于及时发现毛坯缺陷（如气孔、夹砂），避免后续工序浪费。3.前角影响：①增大前角可减小切削力和切削热，但会降低刀具强度；②前角过小会导致切削力增大，易产生积屑瘤。材料选择：加工塑性材料（如钢）时，前角取10°-20°；加工脆性材料（如铸铁）时，前角取5°-15°；加工高硬度材料（如淬火钢）时，前角取-5°-5°（负前角增强刀具强度）。4.作用：①简化编程（无需按刀具实际半径计算轮廓坐标）；②补偿刀具磨损或更换时的半径变化；③实现同一程序加工不同尺寸的零件（通过调整补偿值）。注意问题：①补偿平面需与编程平面一致（如G17为XY平面）；②刀具半径补偿应在切入工件前建立，切出后取消；③避免在补偿状态下执行非移动指令（如M代码）；④注意补偿方向（G41左补偿，G42右补偿）与刀具移动方向的配合。5.误差来源及措施：①定位误差（工件定位不准确）：选择精度高的定位基准（如一面两销），提高夹具制造精度；②热变形误差（切削热引起工件膨胀）：采用冷却液降温，粗精加工间隔散热，控制切削参数减少发热；③刀具磨损误差（刀具后刀面磨损导致尺寸超差）：定期换刀或调整刀具补偿值，选用耐磨性好的刀具材料（如涂层硬质合金）；④机床几何误差（导轨不平行、丝杠间隙）：定期检测机床精度，使用反向间隙补偿功能。三、分析题1.工艺路线制定：-设备选择：数控车床（加工外圆、端面）+数控铣床（加工键槽）。-定位基准：粗加工以毛坯外圆和端面为基准；半精加工/精加工以两端中心孔为基准（互为基准原则）。-工序顺序：①粗车两端面（留0.5mm余量），钻中心孔；②粗车φ50外圆（留1.5mm余量）、φ40外圆（留1.5mm余量）；③调质处理（HRC28-32）；④修研中心孔（提高定位精度）；⑤精车φ50h6（转速800r/min，进给量0.1mm/r，背吃刀量0.3mm）、φ40h7（转速1000r/min，进给量0.08mm/r，背吃刀量0.2mm）；⑥铣键槽（立铣刀φ10mm，转速1200r/min，进给量0.05mm/z，深度3mm，对称分布）；⑦检验（测外圆尺寸、键槽位置度、表面粗糙度）。2.夹具选择与装夹方案：-应选择三爪卡盘（铝合金为软材料，三爪自定心可保证外圆与孔的同轴度）。-装夹方案：①定位面：以工件一端面（A面）和内孔（φ50H7）为定位基准（一面一孔定位）；②夹紧点：三爪均匀夹紧外圆（避免单点受力变形）；③防变形措施：调整卡爪夹紧力（0.3-0.5MPa），采用软爪（铜或铝合金材质）增大接触面积，避免刚性卡爪压伤表面；粗车时留0.3mm余量，精加工前松夹再轻夹，释放残余应力。3.模具型腔加工工艺要点：-刀具选择：①类型：球头立铣刀（适应曲面轮廓）；②材料：涂层硬质合金（如TiAlN涂层，耐高温磨损）；③几何参数：前角10°-15°（兼顾切削力与强度），后角8°-12°（减少摩擦），螺旋角45°（提高排屑性能），直径φ12mm（兼顾加工效率与拐角适应性）。-切削参数：转速8000-10000r/min（高速铣削降低切削力），进给量0.1-0.15mm/z（保持稳定切削），背吃刀量径向0.2-0.3mm（小切深减少刀具偏转）、轴向0.5-1mm（分层加工）。-走刀路径：①策略：采用“粗加工（等高线）→半精加工（残余高度清除）→精加工（沿曲面流线）”；②方向：顺铣为主（减少刀具磨损），拐角处增加圆弧过渡（避免急停导致过切）；③行距：精加工时行距≤0.05mm（保证表面粗糙度Ra0.8μm以下）。4.智能数控系统的影响与实例：-影响：①自适应控制：实时监测切削力、振动等参数，自动调整转速/进给量（如加工中切削力超阈值时，系统降低进给率）；②工艺数据库：存储不同材料、刀具的最优参数（如输入“P20钢+φ10mm球刀”，系统推荐转速12000r/min、进给量1500mm/min）；③预测性维护：通过刀具磨损传感器，提前预警换刀时间（