第一届全国数控技能大赛数控车理论知识竞赛样题及答案

第一届全国数控技能大赛数控车理论知识竞赛样题及答案一、单项选择题（每题1分，共40分）1.在数控机床坐标系中，规定传递切削动力的主轴轴线为（）坐标轴。A.XB.YC.ZD.A2.数控车床中，用于控制主轴旋转速度的指令是（）。A.M03B.SC.FD.G963.下列G指令中，属于模态指令的是（）。A.G04B.G28C.G90D.G924.在FANUC系统中，程序段“G50X100.0Z150.0;”的含义是（）。A.快速定位到点（100,150）B.设定工件坐标系原点C.设定主轴最高转速D.设定恒线速控制5.数控车削中，进行外圆粗车循环的指令是（）。A.G70B.G71C.G72D.G736.切削用量三要素中，对切削力影响最大的是（）。A.切削速度B.进给量fC.背吃刀量D.三者影响相同7.硬质合金刀具材料中，适合加工铸铁等脆性材料的是（）。A.P类（YT）B.K类（YG）C.M类（YW）D.以上都不对8.在数控编程中，用于表示程序结束并返回程序开头的指令是（）。A.M00B.M02C.M30D.M999.车削细长轴时，为防止工件弯曲变形，最常采用（）。A.使用弹性顶尖B.增大背吃刀量C.提高主轴转速D.使用跟刀架10.数控车床的刀架位置在主轴右侧，则其采用的坐标系为（）。A.右手笛卡尔坐标系B.左手笛卡尔坐标系C.与刀架位置无关D.极坐标系11.程序段“G02X50.Z-20.I10.K0F0.15;”中，I10.K0表示（）。A.圆弧终点坐标B.圆弧起点相对于圆心的矢量C.圆弧半径D.圆心相对于圆弧起点的矢量12.在车削螺纹时，影响螺纹牙型角精度的主要因素是（）。A.主轴转速B.刀具的刀尖角C.进给量D.背吃刀量13.用于切断或切槽的刀具，其主偏角一般为（）。A.45°B.60°C.90°D.93°~95°14.在FANUC系统中，调用子程序的指令是（）。A.M98B.M99C.G98D.G9915.数控机床的定位精度主要反映了机床的（）。A.运动速度B.几何精度C.运动精度D.静态精度16.闭环伺服系统与半闭环伺服系统的主要区别在于（）。A.有无位置检测装置B.位置检测装置的安装位置C.有无速度检测装置D.驱动电机的类型17.精车时，为了获得较好的表面质量，主要应选用（）。A.较大的进给量和较高的转速B.较小的进给量和较低的转速C.较大的背吃刀量和较高的转速D.较小的进给量和较高的转速18.在G71复合循环指令中，“U”参数表示（）。A.精加工余量（直径值）B.每次切削深度（半径值）C.精加工余量（半径值）D.每次切削深度（直径值）19.车削加工中，切屑呈蓝色的带状切屑，表明此时的切削温度（）。A.较低B.适中C.较高D.无法判断20.数控机床的“回零”操作是指让机床回到（）。A.对刀点B.机床参考点C.工件坐标系原点D.编程原点21.程序段“G96S150M03;”中，S150表示（）。A.主轴恒转速150r/minB.主轴恒线速度150m/minC.进给速度150mm/minD.切削速度150m/min22.在加工中心上，确定工件在机床工作台上的位置过程称为（）。A.对刀B.定位C.夹紧D.安装23.在FANUC系统中，用于设定每转进给模式的指令是（）。A.G94B.G95C.G98D.G9924.车削不锈钢材料时，为避免产生积屑瘤，应选择（）。A.较低的切削速度B.较大的进给量C.使用切削液D.较小的前角25.在数控车床上加工圆弧时，若圆心角超过180°，则R值应取（）。A.正值B.负值C.绝对值D.与圆心角无关26.下列指令中，能够使主轴停止的指令是（）。A.M05B.M00C.M01D.M0227.滚珠丝杠副的主要优点是（）。A.制造成本低B.摩擦阻力小，传动效率高C.自锁性好D.承载能力大28.在数控车削中，刀尖圆弧半径补偿指令是（）。A.G40,G41,G42B.G43,G44,G49C.G68,G69D.G50,G5129.程序校验时，为了观察刀具运动轨迹，常使用（）功能。A.机床锁住B.空运行C.单段执行D.图形模拟30.在G76螺纹切削复合循环中，P地址后的六位数中，前两位表示（）。A.精加工重复次数B.倒角量C.螺纹牙型角D.螺纹终点处的最小切入量31.切削液的主要作用不包括（）。A.冷却B.润滑C.防锈D.提高刀具硬度32.数控机床的脉冲当量是指（）。A.每个脉冲信号使机床移动部件产生的位移量B.每秒钟发出的脉冲数量C.进给电机的最高转速D.主轴的旋转精度33.车削加工中，工件材料硬度较高时，应选择（）的前角。A.较大B.较小C.负值D.与硬度无关34.在程序段“M98P1002L3;”中，“L3”的含义是（）。A.调用子程序O1002三次B.调用子程序O0003一百零二次C.程序跳转到N1002段执行三次D.子程序的层数为335.数控机床的急停按钮通常为（）色。A.绿B.黄C.蓝D.红36.在车削中心上，动力刀具功能通常由（）指令控制。A.MB.SC.TD.C37.程序段“G01X30.Z-5.F0.1;”属于（）插补。A.直线B.顺时针圆弧C.逆时针圆弧D.快速定位38.下列材料中，属于难加工材料的是（）。A.45钢B.铝合金C.钛合金D.黄铜39.在FANUC系统中，用于设定工件坐标系的指令是（）。A.G53B.G54C.G92D.G50和G5440.数控系统的核心部分是（）。A.伺服驱动单元B.可编程控制器（PLC）C.计算机数控装置（CNC）D.测量反馈装置二、判断题（每题1分，共20分）41.数控机床的加工精度完全由数控系统决定，与机械结构无关。（）42.G00指令的移动速度由程序中的F值设定。（）43.半闭环伺服系统的位置检测装置安装在电机或丝杠端，其控制精度高于开环系统，但低于全闭环系统。（）44.M01指令与M00指令功能完全相同，都是无条件暂停。（）45.车削加工中，主运动的运动形式是工件的旋转运动。（）46.在G71循环中，精加工轮廓的程序段中必须指定G00或G01指令。（）47.刀具半径补偿功能只能用于平面轮廓加工，不能用于圆柱面车削。（）48.恒线速控制功能（G96）下，随着工件直径的减小，主轴转速会自动升高。（）49.数控加工程序由程序号、程序段和程序结束符组成。（）50.精加工时，应选择较小的主偏角，以减小径向切削力，提高加工精度。（）51.在同一个程序中，既可以使用绝对坐标编程（G90），也可以使用增量坐标编程（G91）。（）52.数控车床的X轴坐标通常以直径值编程。（）53.滚珠丝杠副虽然传动效率高，但不能自锁，用于垂直传动时需要附加制动装置。（）54.G04是暂停指令，其后的X或P地址值表示暂停的时间，单位是秒。（）55.切削速度是影响刀具寿命的最主要因素，切削速度越高，刀具寿命越短。（）56.数控机床的参考点位置在出厂时已设定好，用户不能更改。（）57.在车削螺纹时，必须使用G32、G92或G76等螺纹加工指令，不能使用G01指令加工。（）58.子程序结束必须用M99指令，以返回主程序。（）59.对刀的目的是确定工件坐标系原点在机床坐标系中的位置。（）60.CAPP是指计算机辅助工艺设计，是数控编程的前置重要环节。（）三、简答题（每题5分，共20分）61.简述数控车床加工中，刀尖圆弧半径补偿（G41/G42）的作用及适用场合。62.列举并简要说明影响数控车削加工表面粗糙度的主要因素（至少四个）。63.什么是数控编程中的“基点”和“节点”？计算节点坐标常用的方法有哪些？64.简述在FANUC系统数控车床上，使用G71指令进行外圆粗车循环时，其精加工轮廓的编写需注意哪些要点？四、编程题（共20分）65.已知毛坯为φ50mm×100mm的45钢棒料。请编写一个完整的FANUC系统数控车床加工程序，完成下图所示零件的精加工（不考虑粗加工循环，直接使用G00/G01/G02/G03指令编写精加工程序）。假设工件坐标系原点设在工件右端面中心，刀尖圆弧半径已通过刀补设定，无需在程序中考虑。加工要求：车端面，加工外圆轮廓至尺寸，零件总长95mm。（零件简图描述：从右端面开始，轮廓依次为：端面→φ48外圆，长度10mm→R5圆弧过渡→φ40外圆，长度30mm→圆锥面，大端φ40，小端φ30，长度15mm→φ30外圆，长度至总长95mm处→左侧带C2倒角。尺寸自定，但需符合逻辑，编程体现各轮廓要素。）答案与解析一、单项选择题1.C解析：根据JB/T3051-1999标准，数控机床坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。规定Z轴为平行于机床主轴的坐标轴，其正方向为增大工件与刀具距离的方向。2.B解析：S指令用于指定主轴转速或线速度。M03是主轴正转启动指令，F是进给速度指令，G96是恒线速控制指令。3.C解析：模态指令又称续效指令，一经指定便一直有效，直到被同组的其他指令取代。G90（绝对坐标）是模态指令，G04（暂停）、G28（返回参考点）、G92（坐标系设定）通常是非模态指令。4.B解析：在FANUC系统的数控车床中，G50指令用于设定工件坐标系原点，或称设定工件坐标系。程序段“G50X100.0Z150.0;”将当前刀尖位置设定为工件坐标系中的（100.0,150.0）点。5.B解析：G71是外圆/内孔粗车复合循环指令。G70是精加工循环，G72是端面粗车循环，G73是固定形状粗车循环（仿形粗车）。6.C解析：背吃刀量对切削力的影响最大，近似成正比关系。进给量f的影响次之，切削速度的影响最小。7.B解析：K类（YG类）硬质合金主要成分为WC和Co，韧性好，抗冲击和抗振性能好，适合加工脆性材料如铸铁、有色金属等。P类（YT类）适合加工钢料。8.C解析：M02表示程序结束，主轴、冷却液停止，但光标不返回程序开头。M30表示程序结束，并返回到程序开头，为下一次加工做准备，是最常用的程序结束指令。9.D解析：车削细长轴时，工件刚性差，易在切削力作用下产生弯曲变形和振动。使用跟刀架可以紧跟在车刀后面支撑工件，有效抵消径向切削力，防止工件弯曲。10.A解析：无论数控车床的刀架布局如何（前置、后置、左置、右置），其坐标系均遵循标准规定：Z轴平行于主轴，X轴水平且垂直于Z轴，刀具远离工件方向为正方向，构成右手笛卡尔坐标系。11.D解析：在G02/G03圆弧插补指令中，使用I、K地址时，其值为圆心相对于圆弧起点的矢量在X、Z轴上的分量（增量值）。I对应X轴，K对应Z轴。12.B解析：螺纹车刀的刀尖角直接决定了加工出的螺纹牙型角。安装时，刀尖角平分线必须垂直于工件轴线，否则会产生牙型角误差。13.C解析：切断或切槽刀通常有两个对称的副切削刃，其主偏角=，以保证切出的槽侧壁与工件轴线垂直。14.A解析：M98是调用子程序指令，其后跟子程序号。M99是子程序结束并返回主程序指令。15.D解析：定位精度是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实际位置精度，即实际位置与指令位置的一致程度，反映了机床的静态几何精度和控制系统精度。16.B解析：闭环系统的位置检测装置安装在移动部件（工作台）上；半闭环系统的位置检测装置安装在电机或丝杠端。前者直接检测最终位移，精度更高。17.D解析：表面粗糙度值Ra与进给量f的平方成正比，与刀尖圆弧半径成反比。提高转速可降低积屑瘤和鳞刺产生的可能性。因此，精车宜采用小进给量、高转速。18.D解析：在FANUC系统的G71指令格式“G71U(Δd)R(e)；G71P(ns)Q(nf)U(Δu)W(Δw)F(f)S(s)T(t)；”中，U(Δd)表示每次切削深度（直径值）。19.C解析：切削碳钢时，随着温度升高，切屑颜色发生变化：银白色→黄色→紫色→蓝色。蓝色切屑表明切削温度已相当高。20.B解析：“回零”或“返回参考点”是开机后必须进行的操作，目的是建立机床坐标系。参考点是机床上的一个固定点，其位置由机床制造厂家设定。21.B解析：G96是恒线速控制指令，S后面的数值表示恒定的切削线速度，单位通常是m/min。M03是主轴正转。22.B解析：定位是使工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程。对刀是确定刀具与工件相对位置的过程。安装包含定位和夹紧。23.D解析：在FANUC车床系统中，G99指令设定进给模式为每转进给（mm/r）。G98是每分钟进给（mm/min）。24.C解析：不锈钢等韧性材料易产生积屑瘤。使用冷却性能好的切削液可以降低切削温度，同时润滑作用可以减少前刀面与切屑的摩擦，从而抑制积屑瘤的产生。25.B解析：当用半径R指定圆心位置时，在同一半径R的情况下，从圆弧起点到终点有两个可能的圆弧。圆心角≤180°时，R为正值；圆心角>180°时，R为负值。26.A解析：M05是主轴停止指令。M00是无条件暂停，程序停止，主轴可能仍转动；M01是选择暂停；M02/M30是程序结束。27.B解析：滚珠丝杠副通过滚珠在丝杠和螺母之间滚动来实现运动转换，摩擦系数小，传动效率可达90%以上，是数控机床进给系统的关键部件。28.A解析：G40取消刀尖半径补偿，G41左刀补（沿刀具运动方向看，刀具在工件左侧），G42右刀补（沿刀具运动方向看，刀具在工件右侧）。29.D解析：图形模拟功能可以在不移动机床的情况下，在CRT屏幕上显示出刀具的运动轨迹，是检查程序正确性、防止干涉碰撞的有效手段。30.A解析：G76指令格式中，P(m)(r)(a)中，m为精加工重复次数（01~99），r为倒角量，a为刀尖角度。31.D解析：切削液具有冷却、润滑、清洗和防锈作用，但不能改变刀具材料本身的硬度。32.A解析：脉冲当量是数控系统发出一个脉冲信号，机床移动部件所产生的位移量。它是数控机床的重要精度指标。33.B解析：工件材料硬度高、强度大时，切削力大、切削温度高。为增强刀尖强度，改善散热条件，应选择较小的前角甚至负前角。34.A解析：M98为调用子程序指令，P后跟子程序号，L后跟调用次数。若省略L，则默认为1次。35.D解析：急停按钮用于在紧急情况下迅速切断伺服驱动等动力电源，使机床停止运动。国际通用标识为红色蘑菇头按钮。36.A解析：在车削中心上，动力刀具（如铣刀、钻头）的旋转由单独的电机驱动，其启停通常由M指令（如M23、M24等）控制，与主轴C轴指令分开。37.A解析：G01是直线插补指令，刀具以F指定的进给速度，从当前位置直线移动到指令点（X30.,Z-5.）。38.C解析：钛合金具有比强度高、热强度好、耐腐蚀等优点，但其导热性差、化学活性高、弹性模量小，属于典型的难加工材料。39.D解析：G50（车床常用）和G54~G59（铣床和加工中心常用，车床也可用）都可用于设定工件坐标系。G50通过设定当前点坐标来建立；G54~G59是通过在偏置画面中输入工件原点偏置值来建立。40.C解析：计算机数控装置（CNC）是数控系统的核心，它接收输入装置送来的数字信息，经过译码、运算和逻辑处理，输出各种控制指令给伺服系统，控制机床动作。二、判断题41.错解析：数控机床的加工精度是机械结构精度、数控系统精度、伺服系统精度、检测反馈精度等多方面因素的综合体现。高精度的机械结构是基础。42.错解析：G00是快速点定位指令，其移动速度由机床系统参数设定，是机床所能达到的最快速度，程序中指定的F值对G00无效。43.对解析：半闭环系统检测的是电机或丝杠的转角，通过计算间接得到工作台位移，无法补偿丝杠螺母副的传动误差，因此精度低于直接检测工作台位移的全闭环系统，但高于无反馈的开环系统。44.错解析：M00是无条件暂停，按下循环启动键后可继续执行。M01是选择暂停，只有在机床操作面板上的“选择停止”按钮按下时，该指令才生效。45.对解析：在车削加工中，主运动是工件的旋转运动，它消耗机床的主要功率，速度最高。进给运动是刀具的直线移动。46.错解析：在G71指令中，从顺序号ns到nf的程序段定义的是精加工轮廓轨迹。在这个轮廓轨迹中，必须包含G00或G01指令来描述轮廓的移动，但ns程序段中必须且只能是G00或G01指令，且不能有X轴移动（在FANUC0i系统中常见规定）。47.错解析：在数控车床上，刀尖圆弧半径补偿（G41/G42）正是为了解决因刀尖不是理想尖点而存在圆弧半径，导致在加工锥面、圆弧面时产生形状误差的问题。它可用于圆柱面、锥面、圆弧面的精车。48.对解析：恒线速控制（G96）下，切削线速度v恒定。根据公式v=49.对解析：一个完整的加工程序由程序号（如O0001）、若干程序段和程序结束指令（如M30）组成。程序段由若干个字组成。50.错解析：精加工时，为减小已加工表面的残留面积高度，降低表面粗糙度，通常选择较大的主偏角（如93°），甚至使用修光刃。较小的主偏角会使径向力增大，可能引起振动。51.对解析：在FANUC等系统中，G90为绝对坐标编程，G91为增量坐标编程。二者属于同一模态组，可以在程序中根据需要切换使用。52.对解析：在数控车床的编程中，X坐标值通常按直径值输入，这样便于图纸尺寸对照和测量。系统参数也可以设定为半径编程。53.对解析：滚珠丝杠副的摩擦角小于其导程角，因此不能自锁。当用于垂直升降机构时，必须附加制动装置（如刹车电机）防止断电后因自重下滑。54.错解析：G04暂停指令中，X或P地址均表示暂停时间。X后面可用带小数点的数，单位是秒；P后面用整数，单位是毫秒（ms）。例如G04X2.5表示暂停2.5秒；G04P2500表示暂停2500毫秒（即2.5秒）。55.对解析：切削速度对刀具寿命影响最大。根据泰勒刀具寿命公式=C，切削速度与刀具寿命T是指数关系，的微小提高会导致T显著下降。56.错解析：机床参考点的位置通常由机床制造厂家通过挡块和限位开关设定。但在某些情况下，如维修、更换检测元件后，可能需要由专业人员进行重新设定或调整。57.对解析：螺纹加工需要主轴旋转与刀具进给保持严格的同步关系，即主轴每转一圈，刀具移动一个螺距。普通的G01直线插补无法保证这种同步，必须使用专门的螺纹加工指令，这些指令能自动实现主轴转角与进给的联动。58.对解析：子程序以M99作为结束指令。执行到M99时，程序返回到主程序中调用该子程序程序段的下一个程序段继续执行。59.对解析：对刀的本质是测量出刀具刀位点（如刀尖）在机床坐标系中的位置，然后通过计算或设定，将该点与编程时设定的工件坐标系原点联系起来。60.对解析：CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)是利用计算机技术辅助工艺人员制定零件加工工艺的过程。其输出（工艺路线、工序内容、切削参数等）是数控编程的重要依据。三、简答题61.答：刀尖圆弧半径补偿（G41/G42）的主要作用是：在数控车削中，由于实际车刀刀尖并非理想尖锐点，而是有一个圆弧半径。若不进行补偿，在加工锥面、圆弧面等非圆柱面时，会造成少切或过切，产生形状和尺寸误差。启用刀补后，系统会自动根据值和刀尖方位号，计算出刀具中心的实际轨迹，从而加工出正确的工件轮廓。适用场合：主要用于精加工阶段，特别是加工有锥面、圆弧面、倒角等复杂轮廓的零件。在粗加工或对形状精度要求不高的圆柱面加工时，可不使用。62.答：影响数控车削表面粗糙度的主要因素有：（1）几何因素：主要指刀具的几何参数。进给量f增大，残留面积高度增加，粗糙度值变大。刀尖圆弧半径增大，有利于降低残留面积高度。主偏角、副偏角’减小，也可降低粗糙度值。（2）物理因素：主要指加工过程中的塑性变形、摩擦、积屑瘤和鳞刺等。在中等切削速度下加工塑性材料时，易产生积屑瘤和鳞刺，使表面粗糙度恶化。（3）工艺系统振动：包括强迫振动和自激振动（颤振）。振动会使工件表面产生振纹，严重影响表面质量。（4）切削条件：切削速度、背吃刀量、冷却润滑条件等。选择合适的避开积屑瘤生成区、使用有效的切削液，可以改善表面粗糙度。（5）工件材料：材料的塑性、韧性、金相组织等。塑性大的材料易产生积屑瘤，加工硬化倾向大的材料也会使表面质量变差。63.答：“基点”是指构成零件轮廓的各几何要素（直线、圆弧、二次曲线等）之间的连接点或交点。如相邻直线的交点、直线与圆弧的切点或交点等。基点坐标是编程所必需的基本数据。“节点”是指在用直线段或圆弧段逼近非圆曲线（如椭圆、抛物线、双曲线等）时，逼近线段与被加工曲线的交点或切点。节点坐标的计算精度直接影响逼近误差。计算节点坐标的常用方法有：（1）等间距法：在曲线上按某一坐标轴等分，计算各等分点的坐标。计算简单，但程序段多，精度不均。（2）等步长法：使所有逼近线段的长度相等。计算稍复杂。（3）等误差法（变步长法）：使所有逼近线段与被加工曲线间的法向误差相等。这是最合理的方法，能在保证精度的前提下使程序段数最少。常用迭代法或牛顿法求解。64.答：在使用G71指令时，精加工轮廓（从顺序号ns到nf的程序段）的编写需注意以下要点：（1）轮廓必须符合X轴、Z轴方向共同单调增大或减小的模式。即轮廓形状不能有凹槽。