第四届全国数控技能大赛决赛实操试题征题样式.doc

第四届全国数控技能大赛决赛（实操）试题征集样题第四届全国数控技能大赛决赛实操试题向全社会征集，要求应征者提供试题图纸（包括装配图、零件图、节点坐标图）、图纸分析、刀具清单、工艺分析与方案（关键部位和加工难点分析、装卡方案、刀具选择与加工参数、加工顺序、走刀路线、加工时间等）、加工程序编制和实物照片（经过试切后的零件和装配效果）等方面的内容。现根据第一届全国数控技能大赛实操试题提出参考样式如下：一、题目：工种 、 组别 实操竞赛试题及其工艺方案应征者姓名联系电话单 位地址及邮编实操设备平台（如：沈阳机床VMC850e、FANUC 0iD）注：1。请注明工种。如数控车工、数控铣工、加工中心操作工2请注明组别。职工（学生）组二、试题图纸（以数控铣工职工组XB-11为例）工件加工图纸包括XB-11-00、XB-11-01、XB-11-02、XB-11-03、XB-11-04共五张，见附图。三、图纸分析XB-11是一套以铣加工为主，并包括孔系加工等工序内容的试题。材料为调质45#钢，硬度为HRC2632，毛坯尺寸件一为18018042（长宽高），件二为18018019。从装配示意图中可以看出本套试题由件一、件二、和两个圆柱销组成，三种零件装配后高度尺寸为48-0.1，技术要求：件一和件二配合后两个16h7圆柱销同时插入。件一技术要求有两项：未注公差0.1mm（不含180180外形）；D向外轮廓曲线形状公差-0.03mm，-0.06mm。加工要素有平面、曲线、腔槽和孔类加工。主要加工项目包括上下平面、D向视图壁厚0.88mm内外型腔、曲线b内腔槽、曲线c内腔槽、槽深5mm、工件高度41mm、螺孔M421.5-7H、销孔 2-16mm、位置尺寸1500.02mm、主视图中腔槽60上侧至D向外轮廓下侧13mm尺寸。件二技术要求有一项：未注尺寸允许偏差0.1mm。（不含180180外形）。加工要素同件一，主要加工项目包括上下平面、工件高度17mm、2-16mm销孔、位置尺寸1500.02mm、曲线外轮廓170mm、C向视图中的曲线c内腔槽、曲线b外轮廓，应控制在0.1mm之内，内腔槽上侧过渡圆弧R3。 四、刀具清单序号刀具名称规格序号刀具名称规格1机卡立铣刀205球头刀 82机卡立铣刀326铰刀（16H）3整体合金立铣刀127钻头 114内螺纹孔单刃镗刀25五、工艺分析与加工方案1、关键部位加工分析1）从装配示意图技术要求中可以看出，要保证尺寸48mm，对件一和件二上下平面加工都提出了较高要求，即单件要厚度尺寸应控制在-0.05mm以内。两个16h7圆柱销同时插入，即对孔尺寸精度和位置精度，都有要求，从现场提供的圆柱销尺寸为16-0.01mm，该项公差配合最大间隙0.028mm，最小间隙0，为了保证该项配合精度2-16 mm销孔，尺寸应保证在+0.01+0.018mm。2）件一是本套试题考核重点，要点如下：0.88 mm薄壁，内外轮廓加工，为了保证配合精度，外轮廓尺寸120和84.49，应控制在-0.03-0.05之间；2-16加工关键要控制销孔前留量；M421.5-7H深18螺纹，加工关键是：螺纹加工进给方向和切削参数的选。本题提供螺纹加工刀具为单刃螺纹镗刀，机床具备螺旋线插补功能，量具有专用螺纹塞规，现场提供的条件可以满足螺纹加工需求。2、试题精度考核重点1）件一、件二配合和二销孔同时插入，及尺寸48mm是精度考核重点。2）件一上下平面加工尺寸41mm、薄壁轮廓精度、壁厚0.880.06mm、尺寸120mm、84.49mm、腔槽中尺寸13、M421.5-7H螺孔、2-16尺寸和位置是精度考核重点。3）件二上下平面加工尺寸17mm、2-16尺寸和位置及过渡圆弧R3是考核重点。3、加工准备1）装夹方式。平面类零件装夹方式有两种，即底面安装和侧面安装。配有两组条形垫铁。垫铁作为平口钳平面定位使用。两组垫铁可以单独使用，也可以配合使用。正确选择合理使用垫铁，是对选手的一个考查。2）基准选择。分毛基准和精基准两种，应采用基准重合原则还是采用基准统一原则，要根据实际加工需要确定。是采用六点定位，还是采用一面两销定位，要根据工件特征确定，本套试题件一、件二，上下平面都要加工。基准选择原则是互为基准，即上平面为基准加工下平面。工件重新装夹后，已加工的下平面为基准，再加工上平面。3）工件找正与夹紧。找正：用相应的工具和量具，确定工件与刀具的正确位置和角度过程，称为工件找正。用杠杆表找正平口钳，用杠杆表验证垫铁高度一致后装工件，轻夹工件，用胶木锤，轻敲工件上面，检查工件和垫铁接触状态，确认后终夹紧，再次检查工件和垫铁接触状态。确定无误后，此时工件装夹完成。夹紧：工件找正定位后，将工件固定，使其保持正确位置就是工件夹紧，为了保证工件加工质量，在夹紧过程中要注意以下事项： 工件在夹紧过程中，不应改变找正定位时的正确位置；夹紧力要稳定可靠，确保工件在加工过程中，工件不发生位移，即夹紧力不能过大，也不能太小；正确选择夹紧部位及夹压点，使工件在夹紧状态下的变形最小。4）坐标零点确定：基准面推算法，用主轴标准检棒或寻边器，利用机床位置显示功能，确定零点。对称法，用杠杆表分别测工件两侧，利用机床位置显示功能，确定零点。比用检棒和寻边器测定更为准确。检棒有振摆误差，寻边器测头中心位置有误差，这些误差需要在零点确定过程中，进行必要的修正。注：以上四点主要考查选手的操作基本技能。5）刀具选择选择合适的刀具和加工参数，对于金属切削加工，能取到事半功倍的效果。12整体合金立铣刀为精加工用刀具，一般情况下不作粗加工，如果加工中出现尖叫声，或者是连续的冲击声，这种现象表明切削参数选择不合适，充分冷却在整个加工过程中必不可少。32机夹立铣刀应采用侧固刀柄；25内螺纹孔单刃镗刀应采用侧固刀柄或强力弹簧夹套刀柄；20机夹立铣刀应采用强力弹簧夹套刀柄；16H铰刀应采用弹簧夹套刀柄；12整体硬质合金立铣刀和8球头刀可采用热装刀柄；11钻头应采用弹簧夹套刀柄。对于刀具使用，要兼顾粗精加工分开原则，防止精加工刀具过早的磨损。机夹立铣刀，由于有螺旋升角，铣刀侧刃直线性不好，不适合精加工，整体硬质合金刀，侧刃直线性好，精度高，适合精加工用，粗加工阶段，尽可能不用12整体硬质合金铣刀，以备精加工用。32机夹立铣刀，用于平面粗精加工，外轮廓粗加工，M421.5螺纹底孔扩孔。20机夹立铣刀，用于内外轮廓半精加工，腔槽底面精加工，M421.5螺纹底孔粗扩。12整体硬质合金立铣刀，用于内外轮廓精加工2-16，铰前精加工，M421.5螺纹底孔精加工。8球头刀，用于圆弧面加工，点钻2-16孔位。11钻头，用于预钻2-16孔和12孔。16H7铰刀，用于精铰2-16孔。内螺纹孔单刃镗刀，用于M421.5孔口倒角及螺纹加工。6）切削参数选择推荐切削参数如下：32机夹立铣刀，端铣V=200250m/min，单齿进给量0.090.15mm/r。20机夹立铣刀，V=200 m/min，端铣单齿进给量0.08mm/r，侧铣单齿给进量0.07mm/r，25内螺纹单刃镗刀，V=70 m/min ，单齿给进量0.035mm/r，11高速钢钻头，V=30 m/min，进给量0.150.22mm/r，20机夹立铣刀，扩孔V=100 m/min，单齿进给量0.08mm/r，12整体硬质合金立铣刀，精铣孔V=150 m/min，单齿进给量0.05mm/r，16H7铰刀，V=15 m/min，进给量0.16mm/r，8球头刀，V=150 m/min，单齿进给量0.05mm/r。4、加工顺序确定实操试题评分标准共三部分，即件一、件二、和配合组件，都有独立得分，能在规定时间内完成全部考核项目最佳，由于条件限制，有可能不能够完成全部考核项目，就需要合理安排，加工顺序和加工工艺。其最终目的以获得高分为原则。对于一般选手来讲，应当先加工件二后加工件一。从加工部位考虑，应先加工非配合面，最后加工配合面。件二对件一来讲，工作量和难度相对简单一些，所需时间要少一些。对于选手来讲，无论是从加工难度和工作量，都有一个逐渐适应过程。从测量角度看，件二加工结束，可以作为件一的测量基准，并且件二重量较轻，易于操作。一旦由于时间限制，件一不能全部完成考核项目，只要完成配合部位加工，就可以争取到相应的得分。所以合理确定加工顺序对提高选手成绩至关重要。本试题中2-16孔，既是加工尺寸，又是工件自检中，尺寸传递基准。由于工件在一次装夹中要完成铣、钻、铰、外形和螺纹加工等工序，粗精加工又不可能截然分开，再加上平口钳夹紧力有限，毛坯经过调质后有一定的硬度，粗加工过程中，可能有微量位移现象发生。为了保证2-16孔对型面位置精度。正确的做法是，各个加工部位粗精加工结束后，再进行2-16孔精加工，这样有利于保证整个零件的位置精度。加工顺序确定原则是先面后孔，先粗后精和工序集中原则，对刚度和强度低的表面在后面加工，精度高的表面在后面加工。合理安排粗精加工余量。粗精加工分开原则，可以减少在粗加工去除毛坯余量过程中，产生的工件微量位移和热变形，及加工变形等影响。六、加工程序编制1、要具有快速编程能力本套试题工件一，给定轮廓节点16个，需要输入32个。工件二，给定轮廓节点12个，需要输入40个。此外需要输入程序中准备指令，圆弧半径，和其他辅助机能指令。人工编程工作量较大，在较短时间内完成程序编制及输入，需要熟练的技能和快速敏捷的手法。由于图纸给定的轮廓曲线都具有对称特点，节点数据有从头至尾重复规律。掌握此规律，按进给方向确定节点正负号，增加圆弧半径指令，输入切削参数，轮廓曲线加工程序，可较快编制完成。程序验证方式有两种：（a）用动态模拟验证，在CRT屏幕上，显示刀具轨迹，验证加工程序。（b）刀具验证，用8球头刀，利用刀具半径补偿，对件一曲线a外轮廓向外偏1mm，内腔槽向内偏1mm（不含壁厚0.88mm），浅铣轮廓外形（不含壁厚0.88mm），铣深0.1mm。曲线b内腔槽向内偏1mm，曲线c内腔槽向内偏1mm，浅铣轮廓外形，铣深0.1mm。用此方式验证件一a、b c曲线程序。对件二曲线a向内偏1mm，曲线b外轮廓向外偏1mm，浅铣出轮廓外形。铣深0.1mm。用此方式验证件二a、b 曲线程序。利用刀具验证作用，一是可以检查程序是否正确；二是在加工中，为刀具进入和退出，选择合适进给位置；三是为了提高效率，编制粗加工程序，做为轮廓外形基准。2、平面加工编程是数控加工的基本功，刀具选用端铣刀，给进方式有：平行铣（行铣）、环铣、螺旋铣等。本套试题中件一和件二下平面是基准面，可采用平行铣给进方式。其特点是编程简单易行，而且加工效率高。端铣刀参数选择，端铣刀铣削宽度，为刀具直径的75，每转进给量选择，必须大于刀具倒角尺寸。如刀片倒角尺寸R0.15 mm，选择单齿进给量必须大于0.15mm。件一、件二上平面是尺寸加工平面，外轮廓平面加工不易采用平行铣，而应采用环铣方式。环铣可以保证单方向走刀，能保证加工中顺逆铣一致性，表面加工质量好。装配尺寸48 mm。由件一41 mm和件二17 mm组合保证。件一41 mm为零件自身尺寸公差，而配合尺寸精度基准，需要用41mm -10 mm31 mm尺寸来保证。3、孔类加工包括钻孔、扩孔、铣孔、铰孔和螺纹孔铣削加工。钻孔前用8球头引孔，因为球头刀横刃过中心，球窝能起到定中心作用。球窝直径只要大于11钻头横刃，即能起到定中心作用。 8球头刀引孔程序：G98 G82 X75 Y-75 R3 Z-3 P50 S3184 M03 F254。11高速钢钻头钻孔程序：G98 G81 X75 Y-75 R3 Z-45 S868 M03 F104。 20机夹立铣刀铣扩孔程序：G98 G81 X75 Y-75 R3 Z-32 S1592 M03 F254。 32机夹立铣刀铣扩孔程序：G98 G81 X75 Y-75 R3 Z-32 S995 M03 F318。 12合金立铣刀精铣16H7孔程序：G02 G90 X-4 Y0 I4 S2653 M03 F265。16H7铰刀铰孔程序：G98 G85 X75 Y-75 R3 Z-25 S298 M03 F48；4、腔槽加工，在机械加工中，铣加工占有很大比例，一般零件都有腔槽加工部位，而模具特征之一也是腔槽加工，一般腔槽加工既有尺寸精度，又有位置精度。特别是异型腔槽，找正定位都很繁琐，当粗精加工在一次装夹中完成时，这给加工又增加了难度。如腔槽带有薄壁和其他形式结构，象过渡圆弧和斜面等。对编程和加工又提出了更高的要求。对于薄壁类零件加工，主要问题是加工部位变形，克服减少工件变形的做法，是适当增加加工部位的刚性，或采取一些工艺手段，减少刀具在切削过程中，与工件产生振动。七、零件加工工艺卡与加工程序表1（件一）工艺卡1、件一加工工艺与编程 首先保证内外型面对2-16位置度。铣端面:32机夹立铣刀粗精铣下端面工件翻身粗精铣上平面，上平面留量0.1mm铣肩面尺寸，深度10.1-5-0.05mm=5+0.15mm。钻：11钻头，预钻2-16、12孔。 扩孔：扩M421.5-H7螺纹底孔20机夹立铣刀32立铣刀扩孔深22+10=32mm。半精铣：20机夹立铣刀半精铣C曲线底面至尺寸曲线C单面留量0.3mm半精铣曲线a外轮廓单面留量0.3mm铣a曲线内腔槽，单边留量3mm。铣端面：32机夹立铣刀铣上端面至尺寸。精铣：12合金立铣刀高速铣曲线a外轮廓至尺寸半精铣曲线a内腔槽单边留量0.5mm，分层铣（每次2mm）高速精铣曲线a内腔槽铣b曲线内腔槽至尺寸铣c曲线内腔槽至尺寸。铣扩孔：12合金立铣刀扩铣12孔铣2-16为2-16-0.05铣M421.5-H7螺纹底孔41.5。铰孔：16H7铰刀铰2-16孔。铣螺纹：单刃螺纹镗刀倒M421.5孔口角，铣M421.5至尺寸。件一曲线a薄壁加工时，采取的措施是：内腔槽留3mm余量，增加精铣外轮廓时，加工部位刚性，用12合金立铣刀，高速精铣外轮廓至尺寸，用杠杆表检测薄壁曲线对基面的垂直度。外轮廓到尺寸后，用20机夹立铣刀，采用钻铣方式，对内腔槽作半精加工，留量0.3mm。最后用12合金立铣刀，精铣内腔槽至尺寸。图1 件一走刀示意图（内腔槽O1000，外轮廓O2000） 图2 精铣b曲线内腔槽走刀示意图3 精铣c曲线内腔槽走刀示意表2 XB-11-01(件1) 加工程序程序说明O1000；G00 G90 G54 X0 Y28.49 G43 H01 Z10 S5971 M03 ；G01 G41 D10 X20 Y28.49 F298 M08； G03 X0 Y48.492 R20；X-19.47 Y43.434 R40；X-57.485 Y8.314 R110；X-46.365 Y-14.938 R15；G02 X-26.855 Y -23.976 R32；G03 X26.855 Y-23.976 R36；G02 X46.365 Y-14.938 R32；G03 X57.485 Y8.314 R15；X0 Y48.492 R110；X-20 Y28.49 R20；G01 G40 X0 Y28.49 F2000M09； G28 G49 Z0 M05；M30；%（件一）精铣“D向”内腔槽程序：（12合金立铣刀）(垂直移动建立刀补)（D10=刀具半径+壁厚0.88）(垂直移动抹消刀补)O2000；G00 G90 G54 X0 Y65 G43 H01 Z10 S5971 M03； G01 Z-10 F200 M08；G41 D11 X-10 Y65 F298； X-10 Y48.49；X0；G02 X19.470 Y43.434 R40 ；X57.485 Y8.314 R110 ；X46.365 Y-14.938 R15 ；G03 X26.855 Y-23.976 R32 ；G02 X-26.855 Y-23.976 R36 ；G03 X-46.365 Y-14.938 R32 ；G02 X-57.485 Y8.314 R15 ；X-19.470 Y43.434 R110 ；X0 Y48.490 R40 ；G01 X10 F500 M09 ；Y65 ；G40 X0 ； G28 G49 Z0 M05 ；M30 ；% （件一）精铣“D向”外轮廓程序：（12合金立铣刀）(垂直移动建立刀补)(垂直移动抹消刀补) O3000；G00 G90 G54 X-14.750 Y-49 G43 H01 Z10 S5971 M03； G01 Z-13 F50 M08 ；G42 D13 X-14.750 Y-36 F298 ； X0 ；G03 X23.718 Y-27.083 R36 ；G02 X34.416 Y-30.929 R6.5 ；X19.941 Y-68.573 R40 ；X10.248 Y-66.750 R6.5 ；G01 X0 Y-49 ；X-10.248 Y-66.750 ；G02 X-19.941 Y-68.573 R6.5 ；X-34.416 Y-30.929 R40 ；X-23.718 Y-27.083 R6.5 ;G03 X0 Y-36 R36 ；G01 X14.75 ；G40 Y-49 F200 M09 ； G28 G49 Z0 M05 ；M30 ；% （件一）精铣“b曲线”内腔槽程序：（12合金立铣刀）(垂直移动建立刀补)(垂直移动抹消刀补)O4000 ；G00 G90 G54 X100 Y0 G43 H01 Z-5 S5971 M03 ； G01 G41 D14 X100 Y16.158 F298 M08 ； X90 ；G02 X64.086 Y37 R46 ；G03 X37 Y64.086 R74 ；G02 X16.158 Y90 R46 ；G01 Y100 ；X-16.158 ；Y90 ；G02 X-37 Y64.086 R46 ；G03 X-64.086 Y37 R74 ；G02 X-90 Y16.158 R46 ；G01 X-100 ；Y-16.158 ；X-90 ；G02 X-64.086 Y-37 R46 ；G03 X-37 Y-64.086 R74 ；G02 X-16.158 Y-90 R46 ；G01 Y-100 ；X16.158 ；G02 X37 Y-64.086 R46 ；G03 X64.086 Y-37 R74 ；G02 X90 Y-16.158 R46 ；G01 X100 ；G40 Y0 M09 ； G218 G49 Z0 M05 ；M30 ；%（件一）精铣“c曲线”内腔槽程序：（12合金立铣刀）(垂直移动建立刀补)(垂直移动抹消刀补)2、件二加工工艺与编程表3（件二）工艺卡片首先要保证内外型面对2-16位置度。a） 铣端面:32机夹立铣刀粗精铣下平面工件翻身粗精铣上平面，上平面留量0.1mm。b） 钻：11钻头钻11孔预钻2-16孔。c） 半精铣：32机夹立铣刀半精铣b曲线底面至尺寸曲线b外轮廓单面留量0.3mm，肩面5.2保证5.3+0.05。d） 半精铣：20机夹立铣刀半精铣a曲线底面至尺寸，内腔槽单面留量0.3mm，内端面10.2保证10.3。e） 铣端面:32机夹立铣刀精铣上平面。f） 精铣：12合金立铣刀精铣外轮廓2-170，保证2-170+0.02精铣内腔槽保证尺寸48.49，90精铣2-16孔至2-16。g） 铰孔：16铰刀铰2-16孔。h） 铣：8球头刀精铣R3圆弧。件二由外轮廓型面和内腔槽组成。外轮廓型面有两个170mm尺寸外轮廓曲线由多个圆弧构成，整个曲线加工，都应当控制在此公差范围内，由于该型面壁较厚，具有一定刚性，粗精加工均采用顺铣方式进行。 表4 件2加工程序程序说明（件二）精铣C向“a曲线”内腔槽程序可使用（件一）精铣“D向”内腔槽程序，不同的是刀补矢量不含壁厚0.88mm 公差应做到0.050.1mm之间，槽深度应做到10.2mm,用以保证配合精度。O5000；G00 G90 G54 X-100 Y-20 G43 H01 Z-5.2 S5971 M03 ； G01 G41 D15 X-85 Y-20 F298 ； Y7.725；G02 X-77.385 Y22.427 R18 ；G03 X-64.086 Y37 R46；G02 X-37 Y64.086 R74 ；G03 X-22.427 Y77.385 R46 ；G02 X-7.725 Y85 R18 ；G01 X7.725 ；G02 X22.427 Y77.385 R18 ；G03 X37 Y64.086 R46 ；G02 X64.086 Y37 R74 ；G03 X77.385 Y22.427 R46 ；G02 X85 Y7.725 R18 ;G01 Y-7.725 ；G02 X77.385 Y-22.427 R18 ；G03 X64.086 Y-37 R46 ；G02 X37 Y-64.086 R74 ；G03 X22.427 Y-77.385 R46 ；G02 X7.725 Y-85 R18 ；G01 X-7.725 ；G02 X-22.427 Y-77.385 R18 ；G03 X-37 Y-64.086 R46 ；G02 X-64.086 Y-37 R74 ；G03 X-77.385 Y-22.427 R46 ；G02 X-85 Y-7.725 R18 ；G01 Y20 ;G40 X-100 F2000 M09 ； G28 G91 G49 Z0 M05 ；M30 ；%（件二）精铣“b曲线”外轮廓程序：（12合金立铣刀）(垂直移动建立刀补)(垂直移动抹消刀补)件一M421.5-7H加工部位，本次比赛用刀具为单刃螺纹镗刀，利用螺旋线插补功能。刀具沿着XY方向做圆周运动，同时沿Z轴做运动。圆周运动和Z轴直线运动同时完成，构成了螺旋线运动，在螺旋线插补前，须先建立刀具半径补偿。进给方向选择：螺旋线插补中，不同形式的螺纹，选择进给方向不一样。%O6000； N1 G00 G90 G54 X-45 Y0 G43 H01 Z0 S892 M03；N2 G01 G41 D10 X21 Y0 F32；N3 M98 P126001；N4 G01 G40 G90 X-45 Y0；N5 G28 G49 Z0 M05；N6 M30；%O6001；N1 G91 G02 I5 Z-1.5；N2 M99；%加工外螺纹程序：外螺纹加工刀具从工件顶部开始加工，螺纹中心定在X0Y0，Z0定在工件顶部，螺纹深度18，螺纹直径42，刀具直径32。插外螺纹加工图（主程序）N1 刀具中心定位在加工开始点N2 建立刀具半径补偿进给至螺纹起点N3 调用O6001子程序循环12次N4 刀具离开螺纹加工终点并取消刀具半径补偿（子程序）N1螺纹加工指令。加工内螺纹程序%O7000； N1 G00 G90 G54 X0Y0 G43 H01 Z5 S892 M03；N2 G01 Z-18 F2000；N3 G01 G41 D10 X-21 Y0 F32；N4 M98 P127001；N5 G01 G40 G90 X0 Y0；N6 G28 G49 Z0 M05；N7 M30；%O7001；N1 G91 G03 I5 Z1.5；N2 M99；%内螺纹加工刀具从孔底开始加工。优点是有利于排屑，可以预防切屑堆积和刀具摩擦。内螺纹加工图（主程序）N1 刀具中心定位在加工开始点。N3 建立刀具半径补偿进给至螺纹起点。N4 调用O7001子