2025年(数控加工)数控机床操作与编程练习题答案

2025年(数控加工)数控机床操作与编程练习题答案一、编程题解答1.零件图要求：加工材质为45钢的轴类零件，毛坯尺寸Φ50mm×120mm，需完成外圆、台阶、圆弧（R10）及螺纹（M24×2，有效长度20mm）的车削加工。请使用FANUC0i-TC系统编写数控车削程序（包含粗、精加工循环及螺纹加工）。解答：（1）工艺分析：毛坯Φ50mm，零件最大外圆Φ48mm，需粗车留0.5mm精车余量；螺纹大径预车至Φ23.8mm（M24×2的小径计算公式：D-1.0825P=24-2.165=21.835mm，大径需预留0.2mm切削余量）；圆弧R10位于Φ40mm外圆与Φ30mm台阶过渡处，需使用G02/G03指令；粗车采用G71外圆粗车循环，精车G70，螺纹加工G92。（2）程序编写（O0001）：```T0101；（1号外圆车刀，刀尖半径0.4mm）M03S600；（主轴正转，600r/min）G00X52Z2；（快速定位至起刀点）G71U2R1；（粗车背吃刀量2mm，退刀量1mm）G71P10Q20X0.5Z0.1F0.2；（粗车循环，ns=10，nf=20，X向留0.5mm，Z向留0.1mm余量）N10G01X30Z0F0.1；（精车起始段，车削Φ30mm端面）Z-20；（车削Φ30mm外圆，长度20mm）X38；（车削台阶面）Z-40；（车削Φ38mm外圆，长度20mm）G02X40Z-50R10；（顺时针圆弧插补，R10过渡）Z-80；（车削Φ40mm外圆，长度30mm）X48；（车削台阶面）Z-110；（车削Φ48mm外圆，长度30mm）N20X50；（精车结束段，退刀至Φ50mm）G70P10Q20；（精车循环，使用精车参数）G00X100Z100；（快速退刀）T0202；（2号螺纹车刀，刀尖角60°）M03S400；（螺纹加工转速400r/min，避免乱牙）G00X26Z5；（定位至螺纹循环起点）G92X23.8Z-20F2；（第一次螺纹切削，大径Φ23.8mm）X23.2；（第二次切削，背吃刀量0.6mm）X22.8；（第三次切削，背吃刀量0.4mm）X22.5；（第四次切削，背吃刀量0.3mm）X22.3；（第五次切削，背吃刀量0.2mm）X22.2；（第六次切削，背吃刀量0.1mm，保证尺寸）G00X100Z100；（退刀）M30；（程序结束并复位）```（3）关键指令说明：G71中的U2为单侧背吃刀量，实际切削深度4mm（Φ方向）；R1为退刀量，防止刀具与工件干涉；精车循环G70调用N10-N20程序段，使用F0.1的进给量保证表面质量；螺纹加工G92采用分层切削，每次背吃刀量递减（0.6→0.4→0.3→0.2→0.1mm），避免刀刃过载；螺纹大径预车至Φ23.8mm（比公称直径小0.2mm），确保螺纹牙顶有足够强度。二、操作题解答题目：某数控铣床（FANUC0i-MC系统）需加工一块6061铝合金板料（尺寸100mm×80mm×20mm），要求完成深度5mm的矩形槽（尺寸60mm×40mm）加工。请简述操作步骤（含对刀、程序输入、校验及加工过程）。解答：1.开机与回参考点：打开机床总电源→操作面板电源→系统电源；按下“回参考点”模式键，依次按下X、Y、Z轴正方向按键，直到各轴回到参考点（CRT显示“参考点返回完成”）。2.工件装夹：清理平口钳钳口及工件表面→将工件置于钳口中央，底面与垫铁贴紧→用铜棒轻敲工件上表面，确保平面度→拧紧钳口螺栓（夹紧力适中，避免工件变形）。3.刀具准备：选择Φ10mm立铣刀（涂层硬质合金，适合铝合金加工）→安装到刀柄→将刀柄装入主轴→手动转动主轴，检查刀具是否装夹牢固（径向跳动≤0.02mm）。4.对刀操作（试切对刀法）：（1）X/Y轴对刀：手动模式下，移动刀具至工件左侧表面→低速旋转主轴（S300）→缓慢移动X轴使刀具轻触工件左侧→按下“坐标系”键进入G54界面→输入“X0”并按“测量”键（系统自动记录X向偏置值）；同理移动刀具至工件前侧表面，轻触后输入“Y0”并“测量”，完成Y轴对刀。（2）Z轴对刀：手动移动刀具至工件上表面上方→降低Z轴使刀具轻触工件表面（观察切屑或听声音）→在G54界面输入“Z5”（工件上表面为Z0，槽深5mm，故Z向对刀后需设置Z0=当前Z坐标值）→按“测量”键记录Z偏置值。5.程序输入与校验：按下“编辑”模式键→输入程序名O0002→逐行输入加工程序（内容包含G00定位、G01下刀、G02/G03圆弧过渡等）；程序输入完成后，按下“图形模拟”键→选择“自动”模式→按下“循环启动”键，观察CRT上的刀具轨迹是否与矩形槽轮廓一致（重点检查过切、欠切及安全高度）。6.正式加工：确认工件装夹、刀具、对刀无误→将进给倍率调至50%（首件加工降低风险）→按下“自动”模式键→按“循环启动”键；加工过程中密切观察：切削声音是否平稳（尖锐噪音可能为进给过快或刀具磨损）；切屑形态是否为带状或C形（铝合金理想切屑为银白色短卷屑，过长需调整进给）；机床是否有异常振动（检查刀柄是否松动或主轴轴承状态）；加工完成后，测量槽宽（60±0.05mm）、槽长（40±0.05mm）、深度（5±0.02mm），若超差则调整刀具补偿值（如槽宽偏小，增加刀具半径补偿值0.02mm）。三、故障诊断题解答题目：某数控车床加工外圆时，发现尺寸从左端到右端逐渐增大（左端Φ40.00mm，右端Φ40.15mm），表面粗糙度Ra值达3.2μm（要求Ra1.6μm）。请分析可能原因及解决措施。解答：1.尺寸逐渐增大的可能原因及排查：（1）刀具磨损：现象：刀具后刀面磨损量（VB值）超过0.3mm时，切削力增大，刀具弹性退让导致尺寸超差；排查：停机后测量刀具后刀面磨损量（使用工具显微镜），观察切屑颜色（45钢正常切屑为银白色，磨损后切屑发蓝）；解决：更换新刀片，或调整粗车背吃刀量（由2mm降至1.5mm，减少单次切削负荷）。（2）主轴热伸长：现象：机床长时间运行后，主轴因轴承摩擦发热，沿轴向伸长，导致刀具相对工件位置后移；排查：加工前测量主轴前端到工件左端的距离（L1），加工1小时后再次测量（L2），若L2-L1＞0.1mm，确认主轴热伸长；解决：增加主轴预热时间（空转30分钟），或在程序中加入热补偿（通过宏程序实时修正Z轴坐标）。（3）导轨直线度误差：现象：Z轴导轨因长期使用出现磨损，导致刀具移动轨迹与工件轴线不平行；排查：使用激光干涉仪检测Z轴导轨直线度（标准要求≤0.02mm/1000mm）；解决：调整导轨镶条间隙，或通过系统参数补偿（修改“反向间隙补偿”值，参数号1851）。（4）工件装夹变形：现象：三爪卡盘夹紧力过大，工件产生弹性变形，加工后回弹导致右端尺寸偏大；排查：使用百分表测量工件装夹后的径向圆跳动（正常≤0.03mm），松夹后再次测量尺寸变化；解决：采用软爪装夹（卡爪车削至与工件外圆匹配），或减小夹紧力（通过液压卡盘调整压力至3-4MPa）。2.表面粗糙度超差的可能原因及解决：（1）切削参数不当：现象：进给量过大（F＞0.2mm/r）或转速过低（S＜800r/min）导致切削残留高度增加；解决：调整参数为S1000r/min、F0.15mm/r（45钢+硬质合金刀具的合理范围）。（2）刀具几何角度不合理：现象：主偏角κr过小（＜90°）导致径向切削力增大，刀具振动；副偏角κr’过大（＞15°）导致修光效果差；解决：更换主偏角93°、副偏角5°的刀片（如DNMG150608），并检查刀尖圆弧半径（建议0.8mm，提高表面质量）。（3）冷却润滑不足：现象：切削液浓度过低（正常5%-8%）或流量不足，刀具与工件摩擦加剧；解决：调整切削液浓度（折光仪测量），增加喷嘴数量（正对切削区），确保冷却充分。（4）机床振动：现象：主轴轴承间隙过大（径向跳动＞0.01mm）或刀具悬伸过长（L/D＞4）导致切削振动；解决：检测主轴轴承间隙（更换轴承），缩短刀具悬伸长度（如Φ20mm车刀，悬伸控制在60mm内）。四、综合应用题解答题目：某企业需加工一批不锈钢（0Cr18Ni9）法兰盘，零件图要求：外圆Φ200mm（公差-0.10/-0.05mm），内孔Φ100mm（公差+0.05/+0.10mm），端面平面度0.03mm，表面粗糙度Ra0.8μm。请制定数控加工工艺方案（包含设备选择、刀具配置、参数设定及质量控制要点）。解答：1.设备选择：选用数控立式车床（如CK5116），配备液压卡盘（夹紧力稳定）和自动对刀仪（提高效率）；机床精度要求：定位精度X轴≤0.015mm，Z轴≤0.01mm；重复定位精度X/Z轴≤0.008mm。2.刀具配置：（1）外圆粗车：Φ25mm机夹式硬质合金车刀（涂层为AlTiN，适合不锈钢加工），主偏角90°，刀尖圆弧半径1.2mm，刀片型号CNMG120412；（2）外圆精车：同刀柄，更换刀片为CNMG120408（刀尖圆弧0.8mm），副偏角5°（减少修光刃磨损）；（3）内孔粗车：Φ32mm内孔车刀（刀杆材质40Cr，悬伸长度L=150mm≤3×D=96mm？不，此处需调整，实际应选Φ40mm刀杆，L=120mm≤3×40=120mm），刀片型号DNMG060204（负前角，增强抗振性）；（4）内孔精车：同刀杆，更换刀片为DNMG060202（刀尖圆弧0.4mm），刃口经过抛光处理（降低Ra值）；（5）端面车削：90°偏刀（主偏角93°），刀片型号CCMT09T304（菱形刀片，修光刃长度≥1.5f）。3.参数设定：（1）外圆粗车：S=300r/min（不锈钢线速度Vc=πDN/1000→N=1000Vc/(πD)=1000×60/(3.14×200)=95r/min，此处需修正，实际不锈钢粗车Vc=50-80m/min，取Vc=60m/min，则N=1000×60/(3.14×200)=95r/min，但原设定S=300r/min过高，需调整为S=100r/min），F=0.25mm/r，ap=3mm（单边）；（2）外圆精车：S=150r/min（Vc=90m/min→N=1000×90/(3.14×200)=143r/min），F=0.1mm/r，ap=0.5mm；（3）内孔粗车：S=200r/min（Vc=60m/min→N=1000×60/(3.14×100)=191r/min），F=0.2mm/r，ap=2mm；（4）内孔精车：S=300r/min（Vc=94m/min→N=1000×94/(3.14×100)=300r/min），F=0.08mm/r，ap=0.3mm；（5）端面车削：S=120r/min（Vc=75m/min→N=1000×75/(3.14×200)=119r/min），F=0.15mm/r。4.质量控制要点：（1）尺寸控制：外圆Φ200mm（-0.10/-0.05）：精车后使用千分尺测量（精度0.001mm），调整刀具半径补偿（如实测Φ199.92mm，补偿值增加0.03mm）；内孔Φ100mm（+0.05/+0.10）：使用内径千分表测量（精度0.002mm），若实测Φ100.03mm，需减小刀具半径补偿0.02mm；平面度：加工后用刀口尺配合塞尺检测（塞尺厚度≤0.03mm），若超差需检查工件装夹是否牢固（增加支撑块）或主轴轴向跳动（≤0.01mm）。（2）表面粗糙度控制：精