全国职业院校技能大赛高职组 数控机床装调与技术改造实操比赛样题3.docx
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全国职业院校技能大赛高职组数控机床装调与技术改造实操比赛样题3
附件1：
样题
2020年全国职业院校技能大赛高职组
“数控机床装调与技术改造”实操比赛
（GZ2020004）
【公开题】
（总时间：
300分钟）
任
务
书
场次：
工位号：
一、选手须知
请各位选手赛前务必仔细研读
1.本任务书总分为100分，考试时间为5小时（300分钟）。
2.选手在实操过程中应该遵守竞赛规则和安全守则，确保人身和设备安全。
如有违反，则按照相关规定在考试的总成绩中扣除相应分值。
3.记录表中数据用黑色水笔填写，表中数据文字涂改后无效。
4.考试过程中考生不得使用自带U盘及其它移动设备拷贝相关文件。
5.禁止使用相机及手机对试题进行拍照，否则取消考试资格。
6.选手签字一律按照第二次抽签拿到的号码签字，不得实名签字。
7.仅对任务三“数控机床故障诊断与维修”，参赛队在比赛过程中遇到排除故障部分的内容不能自行完成，可以在比赛开始60分钟后选择放弃，放弃后由裁判通知工作人员进行故障排除，本环节选手已经查出故障的按规定给分，选手放弃后未查出的故障不给分（并每一个故障倒扣2分）。
如果工作人员排除故障的时间超过15分钟，由裁判记录时间并酌情加时，每场次赛项放弃项最多不超过三次。
8.本任务书共计17页，赛卷记录表和附件21页，共计38页。
如有缺页，请立即与裁判联系。
二、赛卷说明
1.赛卷由“任务书”和“赛卷记录表”两部分构成，在比赛过程中需按照任务书的要求完成，需要填写的测量数据、参数修改位和修改值、绘制的图、工艺说明、以及设计修改的程序等，应按照任务书要求填入“赛卷记录表”相应的表格中。
任务书由六个任务组成，分别是：
任务一：
数控机床电气设计与安装；任务二：
数控机床机械部件装配与调试；任务三：
数控机床故障诊断与维修；任务四：
数控机床技术改造与功能开发；任务五：
数控机床精度检测；任务六：
试切件的编程与加工、工件在线测量；在任务过程中实施职业素养与安全操作评价。
2.选手在“数控机床电气设计与安装”（任务一）中，设备上电前必须进行认真检查电源。
对于选手自行连接的线路，须经裁判员或现场技术人员检查后方可上电。
3.选手在“数控机床机械部件装配与调整”（任务二）中的精度检测环节中，在记录检测数据时，应向裁判示意，并经裁判确认方为有效。
4.选手在“数控机床故障诊断与维修”（任务三）环节中，完成自己所能排除的机床故障后，在赛卷记录表指定空格处填写“故障现象（报警号等）”“故障原因””“排除方法”，并需向裁判员示意，在裁判员的监督下，验证所完成的故障排除情况；每个故障项下面的“已排除（）、未排除（）、申请排除（）”，是现场裁判确认填写项，参赛选手不得填写。
5.选手在进行“数控机床技术改造与功能开发”（任务四）中，完成的每一个模块，均要在赛卷记录表中按照每一个模块的要求填写相应的数据、参数、PLC程序，以及设计的电路图。
完成任务后，向裁判示意功能验证，可以几个块的功能一起验证，也可每完成一个功能块申请一次验证，验证后由裁判确认完成有效。
任务四项目按步骤评分，选手如果仅完成部分内容，应向裁判申请步骤验证，并按照评分标准给予完成部分的分值。
6.选手在进行“任务四之4-1加装智能制造工件测头、环规校准”、“任务五数控机床精度检测之5-2运动精度检测”，以及任务六之6-2“编制测量程序，测量试切件的尺寸”环节中，由于检测仪器贵重，在起动机床运行前，须经过检测仪器厂商技术支持工程师确认，方可起动机床运行采集数据。
7.选手在进行任务六之6-1“进行试切件加工及测量”环节时，工件和刀具装夹后、加工前应向裁判示意，确认安全（装夹安全、操作者工服安全、安全眼镜佩戴安全），并经现场裁判员同意后，方可进行。
加工后样件须经过现场裁判员的确认登记，送至指定位置标号待测量。
8.分任务书包括六个技术内容，配分如下：
任务一、数控机床电气设计与安装（10分）。
任务二、数控机床机械部件装配与调整（10分）。
任务三、数控机床故障诊断与维修（15分）。
任务四、数控机床技术改造与功能开发（30分）
4-1加装智能制造工件测头（8分）。
4-2开通模拟主轴功能、主轴单元通电空载测试（8分）
4-3数控系统与计算机互联互通（4分）
4-4完成指定功能开发（10分）
任务五、数控机床精度检测（10分）。
任务六、试切件的编程与加工、工件在线检测（15分）。
七、过程中的职业素养与安全意识评价（10分）
包括：
遵守赛场纪律，爱护赛场设备；工位环境整洁，工具摆放整齐；符合安全操作规程等。
三、实操工作任务
任务一：
数控机床电气设计与安装（10分）
题目：
完成立式数控铣床“润滑功能”电气线路的设计、接线及调试（不接润滑泵）。
根据现场提供的器件、工具及现场提供的资料，在《赛卷记录表》附表1“数控机床电气设计与安装”记录表中绘制“润滑功能”电气线路原理图，并按照电气原理图完成接线和“润滑功能”的调试。
项目要求：
1.正确设计绘制“润滑功能”电气原理图，包括润滑机构主电路及控制电路。
2.在设备指定接线区域完成相应功能接线。
3.根据设计的电气原理图完成该部分电路接线，保证连接正确可靠，保证该功能正常运行，设计图纸必须跟实际连接电路一致。
4.备注：
数控机床“润滑功能”电气线路的工作电源和接线说明、系统PLC输入输出信号地址及线号、电源接口信息说明等根据比赛设备在正式赛卷中给出。
具体要求如下：
1.电气原理图绘制整齐、位置排布合理、图面清晰，表示方法符合规范，原理图上应有识别标记或标注。
2.根据设计的电气图纸完成该部分电路的连接工作，保证连接正确可靠。
连接线上应有识别标记或标注。
3.接线前的准备工作要充分，接线时工具使用正确。
4.接线符合工艺要求，凡是连接的导线，必须压接接线耳，套上赛场提供的号码管，实物编号和原理图编号要一致。
5.将润滑主电路电源引至端子片，不接润滑泵实物。
机床起动润滑功能时，主电路激活润滑输出电压即可。
6.电路接线规范，符合GB50254-2014电气装置安装工程低压电器施工及验收规范。
注意：
选手在设备上电前需自行先检查所连接线路的正确性，并经裁判或现场技术人员检查无误后方可通电运行。
当技术人员或裁判发现有虚接、错误连接导致电源或负载短路、以及导致设备损坏或人员安全问题时，可以终止选手通电。
任务二：
数控机床机械部件装配与调整（10分）
题目：
主轴的装配、检测与调整（主轴装配工艺图在正式赛卷中给出）
项目一、工件准备与清洁（0.5分）
在零件摆放区的主轴零部件进行清点、核对，并按照正确的工艺步骤清洁，按照安装工艺步骤将零部件整齐码放到装配区，如发现零部件上有毛刺，按照正确的工艺方法去除毛刺。
项目二、主轴轴承安装（1.5分）
根据主轴安装工艺要求安装主轴轴承，正确选择轴承安装方向，轴承组对形式正确。
项目三、主轴轴承回转精度调整（1分）
调整前轴承外环与主轴后轴承轴径接触圆之间回转游隙，确认安装完成后，请裁判确认回转精度；
前轴承外环与主轴后轴承轴径接触圆之间回转跳动△r，并将实测值填入《赛卷记录表》附表2-1：
任务二数控机床机械部件装配与调整记录表中。
前轴承外环端面跳动△a，并将实测值填入《赛卷记录表》附表2-1：
任务二数控机床机械部件装配与调整记录表中。
项目四、前轴承锁紧螺母锁紧（1.5分）
当确认轴承系轴向预紧完成，请在记录表上写出：
前轴承预紧力（Nm），
后轴承预紧力（Nm），请将赛场力矩扳手调至前轴承预紧力矩值，并申请裁判确认（仅验证选手掌握力矩扳手的调整和使用）。
注：
由于力矩扳手价值昂贵，无法保证每个赛位一个，赛场提供2个力矩扳手供选手调整，用于给裁判示意表明能够正确调整使用力矩扳手。
选手实际预紧主轴前、后锁母时使用赛位提供的钩扳子。
项目五、实测主轴套筒端面到主轴前轴承外环的深度（1.5分）
实测主轴套筒端面到主轴前轴承外环的深度，并将
（1）用深度尺测量主轴套筒端面到主轴前轴承外环的长度K值；
（2）测量法兰凸台高度K1=；
（3）按照工艺要求计算K1=K+A;
（4）检验单锥孔跳动△s。
（5）将上述实测值填入《赛卷记录表》附表2-1：
任务二数控机床机械部件装配与调整记录表。
（6）要求：
机械主轴的装配、检测与调整应符合正式赛卷提供的主轴装配工艺图中的要求。
项目六、机械主轴与主轴测试台对接安装（2分）
（1）将主轴安装在赛场提供的主轴测试架上（参见下图，正式赛卷中按实际给出正式图）
（2）安装交流异步电动机于电机座上。
（3）预装弹性联轴节（对接两轴）。
（4）调整交流异步电机轴与主轴传动芯轴的同轴度。
（5）锁紧联轴节。
要求：
（1）机械主轴安装在测试台，机械主轴本体应符合主轴安装工艺要求，机械主轴在测试台上应调整至主轴中心线与电机轴中心线同轴，联轴节安装规范。
（2）调整电机轴与主轴传动芯轴同轴，选手采用百分表或千分表检测。
（3）异步电机安装时提供0.02mm和0.04mm铜皮做调整垫。
（4）上述每完成一步均应协助裁判员检测、确认，并将结果填写在《赛卷记录表》附表2“数控机床机械部件装配与调整”记录表中。
（5）电机轴与主轴轴芯同轴度>0.3mm时，不允许带电旋转。
项目七：
简述主轴安装工艺并写入《赛卷记录表》附表2-2：
任务二之项目七简述主轴安装工艺记录表（2分）。
任务三：
数控机床故障诊断与维修（15分）
机床技术指标：
将在正式赛题中给出。
故障排查
1.故障排查涉及系统参数、伺服参数及PLC程序，最终以解除报警、准确实现功能动作为完成任务。
2.根据下表第三列“技术指标检验标准”，排除故障现象，并将故障现象、故障原因及修正参数写入到《赛卷记录表》附表3-1：
数控系统故障排查记录表（每个故障申请排除倒扣2分）中。
3.此任务12道题前后故障关联，例如：
紧急停止报警可能是由紧急停止信号和伺服使能或主轴报警共同造成的，最终效果是以解除所有报警，下表第三列技术指标验证通过为标准。
4.数控系统故障排查过程记入《赛卷记录表》附表3-1：
数控系统故障排查记录表（每个故障申请排除倒扣2分）中。
序号
检查事项
技术指标检验标准
配分
1
急停检查
急停按钮起作用
2
伺服驱动检查
解除伺服报警
3
进给伺服移动无报警
X/Y/Z轴显示正常，在JOG方式和录入方式下，倍率100%移动各轴，能正常移动无报警
4
伺服移动方向正确
X/Y/Z轴在JOG方式下+/-移动确认轴运动方向符合立式数控铣床相关坐标定义标准。
5
进给轴软/硬限位
检测各轴运行范围符合该机床行程规格且限位有效
6
坐标轴移动准确
检测手轮或MDI方式下进给轴移动的实际距离与显示数值相等
7
进给轴倍率修调正确
在JOG（手动）和MDI方式下移动进给轴，调整倍率开关，轴按照指定倍率移动
8
手轮方式及倍率
检测手轮轴选和倍率有效
9
进给轴伺服驱动性能匹配
通过伺服优化，观察圆图形误差有明显改善
10
主轴定向准确
MDI方式下，执行M19，主轴准停准确。
11
主轴旋转方向、速度、倍率正确无报警
在MDI方式下，执行M03S500检查主轴旋转方向和速度，主轴按照指定倍率旋转
12
机床操作面板功能正常
检查机床操作面板各按键、旋钮、指示灯功能正常
小计配分
分
任务四：
数控机床技术改造与功能开发（30分）
4-1.加装智能制造工件测头（8分）
根据所提供的测头，按照下表第三列要求完成各项任务，并将数据填入《赛卷记录表》附表4-1：
加装智能制造工件测头记录表中。
序号
项目
要求
1
放置测头接收器
将测头接收器固定于电气柜顶部合适位置
2
测头电气连接
1）连接测头接收器电源线。
2）连接“工件测头开启”信号线至PLC输出点，并在PLC中编辑相应M代码开启/关闭测头的梯形图。
3）连接“测头状态”信号线至数控系统测量输入点
4）在MDI下开启测头，输入测量信号测试指令，待机床运动后,用手触碰测头测针,以模仿机床碰到了测针,观察机床能否正确地停止。
3
测针对中调整
利用百分表或千分表调整测针圆跳动，使之不超0.03mm。
4
测头径向标定
1）利用工作台上的台钳轻夹自备环规，保持上表面平行工作台面。
2）将测头装至机床主轴，并手动定位至环规大约中心位置，测球低于环规上表面。
3）编写并执行测头标定宏程序。
5
环规直径测量
1）同上1、2步骤。
2）编写并执行直径测量宏程序。
4-2变频器连接及主轴动态测试（8分）
项目要求：
根据任务二装配好的机械主轴和异步电机，在本节中连接变频器，并通过机床MDI或操作面板备用键控制主轴分别旋转200rpm,500rpm,800rpm进行测试。
具体任务：
（1）连接赛场提供的变频调速器，根据赛场提供的变频器技术资料最终实现：
变频器动力输出端（电箱端子排）至交流电机
数控系统模拟指令电压接入变频器（电箱）端子排
系统正反转及公共端指令接入变频器（电箱）端子排，要求：
选手压接端子、标注线号（现场提供线号管）、接线。
④在《赛卷记录表》附表4-2：
开通模拟主轴功能、主轴单元通电空载测记录表试中，绘制出CNC—变频器—电机的连线框图，要求根据赛项记录表的框图完成连线图，要求标注出CNC侧端子排名称和变频器侧端子排上各端子名称。
（2）开通第二主轴，激活模拟主轴接口。
裁判针对《赛卷记录表》附表4-2：
开通模拟主轴功能、主轴单元通电空载测试记录表中第三列“要求”的内容，对选手完成质量进行打分。
主轴运转后裁判对主轴振动值进行检测，检测结果填入《赛卷记录表》附表4-2：
开通模拟主轴功能、主轴单元通电空载测试记录表第5项中。
注：
主轴芯轴和电机轴同轴度大于0.3mm时不能进行此测试。
4-3．PC机与NC互联互通（4分）
根据现场提供设备接口和以太网线，实现PC机与CNC（数控系统）的连接，联通后应向裁判示意确认IP地址设置情况和联通情况。
序号
检查事项
技术指标检验标准
实现结果
配分
1
系统是否与PC机联通
1）IP地址设置正确
2）硬件联通
3）通过数控机床的协议调用文件
在数控系统端操作，可将PC上的程序文件复制到数控系统
4分
裁判根据《赛卷记录表》附表4-3：
PC机与CNC互联互通记录表之第三列“考核内容”打分。
4-4.完成指定功能开发（10分）
编辑PLC程序，以及参数设置，实现：
（1）通过MDI键盘输入S指令、M指令控制主轴正/反转，
（2）通过机床操作面板备用键（参照下图）作为“主轴正转”、“主轴反转”、“增速按钮”、“减速按钮”、“主轴停止”，按下哪个键后，其对应的按钮LED点亮，通过增速/减速按钮每按一次增/减速10%。
新定义内容
在操作面板上定义
输入地址
输出地址
主轴正转
Fx
X.X
X.X
主轴反转
Fx
X.X
X.X
增速按钮
Fx
X.X
X.X
减速按钮
Fx
X.X
X.X
主轴停止
Fx
X.X
X.X
（Fx、X.X根据比赛设备确定）
操作面板示意图根据比赛设备确定。
（1）模拟主轴指令推荐如下：
分类
正传/反转/主轴停
备注
主轴指令
MXX/MXX/MXX
也可自行定义未用M代码
主轴速度指令
SXX
（XX根据比赛设备确定）
（2）裁判针对《赛卷记录表》附表4-4：
完成指定功能开发（实现模拟主轴调速控制功能）记录表中第三列“要求”的内容，对选手完成质量进行打分。
（3）选手应将实现第二主轴功能以及实现主轴调速修改的参数、梯形图填入《赛卷记录表》附表4-4：
完成指定功能开发（实现模拟主轴调速控制功能）记录表中。
任务五：
数控机床精度检测（10分）
本任务要求基于标准GB/T17421.4——机床检验通则第4部分：
数控机床的圆检验、GB/T18400.2-2010（ISO10791-2:
2001）——加工中心检验条件第2部分：
立式或带垂直主回转轴的万能主轴头机床几何精度检验（垂直Z轴）和GB/T17421.1-1998——机床检验通则第1部分：
在无负荷或精加工条件下机床的几何精度，对数控机床的圆度误差和几何精度进行检测。
5-1.数控机床几何精度测量（5分）
项目要求：
1.参照GB/T18400.2-2010（ISO10791-2:
2001）——加工中心检验条件第2部分：
立式或带垂直主回转轴的万能主轴头机床几何精度检验（垂直Z轴）中规定的检验项目，采用GB/T17421.1-1998——机床检验通则第1部分：
在无负荷或精加工条件下机床的几何精度中推荐的检验方法，利用所提供的工具、量具、检具，按照下表3检测加工中心的几何精度，将检测的数据填入《赛卷记录表》附表5-1：
数控机床几何精度测量记录表中，正式比赛时检测的项目将在此基础上做调整，具体检测项目在正式赛卷中给出。
2.工具、量具、检具选用合理，使用方法正确。
3.每一项数据检测完成后，参赛选手应举手示意，经现场裁判确认后将检测结果填入《赛卷纪录表》附表5-1几何精度检测表中。
数控机床几何精度测量项目表
序号
检验项目
简图
检测要求
配分
1
线性运动直线度
X轴线运动的直线度
a）在ZX垂直平面内
b）在XY水平面内
GB/T18400.2-2010
G1项
检验方法（参照GB/T17421.1-1998的有关条文和备注：
5.2.1.1.1;一条线在一个平面内的直线度
5.2.1.2.1.1平尺法
1
2
Y轴线运动和X轴线运动间的垂直度
GB/T18400.2-2010
G9项
检测方法参照：
GB/T17421.1-1998的相关条文和备注：
5.5.2.2.4
1
3
主轴轴线和Z轴线运动间的平行度
a）在YZ垂直平面内；
b）在ZX垂直平面内
GB/T18400.2-2010
G12
a）在平行于Y轴线的b）在平行于X轴线的
YZ垂直平面内ZX垂直平面内
检测方法参照：
GB/T17421.1-1998的相关条文和备注：
5.4.1.2.1
和5.4.2.2.3
1
4
主轴轴线和X/Y运动间的垂直度
GB/T18400.2-2010
G13/
G14项
a）主轴轴线和X运动间的垂直度b）主轴轴线和Y运动间的垂直度
检测方法参照：
GB/T17421.1-1998的相关条文和备注：
5.5.1.2.1
5.5.1.2.3.2
5.5.1.2.4.2
1
5
工作台面和X/
Y轴线运动间的平行度
GB/T18400.2-2010
G16/
G17项
a）工作台面和X轴线b）工作台面和Y轴线
运动间的平行度运动间的平行度
检测方法参照：
GB/T17421.1-1998的相关条文和备注：
5.4.2.2.1
和5.4.2.2.2
1
5-2.运动精度检测——球杆仪检测圆轨迹运动精度（5分）
项目要求：
按照下表中第二列“检测项目”和第三列“要求”，使用球杆仪对机器某指定位置按GB/T17421.4或ISO230-4标准要求测量XY平面圆度（假定机器温度20℃，膨胀系数11.7）。
并根据《赛卷记录表》“表5-2运动精度检测记录表”要求填写和保存数据。
序号
检测项目
要求
1
编制X-Y平面测试程序（可以借鉴仪器帮助手册中的已有程序），并输入数控系统
半径：
100mm，进给速度1000mm/min
2
设定球杆仪测试中心
在机床上建立测试程序的坐标系原点
3
测试程序调试
不安装球杆仪运行测试程序
4
蓝牙连接调试
使用外置USB蓝牙模块将球杆仪与电脑连接起来
5
配置校准规
配置校准规30mm-100mm中任意一种
6
安装球杆仪并测试
将球杆仪检测结果数据存放在D:
\选手文件夹\下面
7
按GB17421-4分析圆度误差
任务六：
试切件加工及测量（15分）
6-1.试切件加工及测量（10分）
项目要求：
请根据现场提供毛坯、加工图纸及指定的加工内容，编制加工程序完成试切件的切削。
试切件加工参考图如下所示，比赛时，以赛卷中提供的加工图纸为准。
零件加工精度最终经三坐标测量后，结果记入《赛卷记录表》附表6-1：
试切件的编程与加工记录表中。
试切件加工参考图
6-2工件在线测量（5分）
项目要求：
1）更换任务5-1中的在线测头，启动检测程序，调用圆检测宏指令，检测加工后的圆直径。
2）检测程序可以调用测量宏程序。
3）检测结果通过程序赋值到宏变量中#XXX中。
（XXX根据比赛设备确定）。
工件在线测量结果记入《赛卷记录表》附表6-2：
工件在线测量记录表中。
附件2：
赛卷记录表
2020年全国职业院校技能大赛高职组
“数控机床装调与技术改造”实操比赛
GZ2020004赛项
（总时间：
300分钟）
赛
卷
记
录
表
场次：
工位号：
任务一：
数控机床电气设计与安装（10分）
附表1-1：
“数控机床电气设计与安装”记录表
序号
项目内容
内容
配分
评分细节
扣分标准
得分
签字
1
电路图绘制
图纸
2
线路连接正确规范
3
功能正常演示
4
接线现场工艺
总分
10分
任务二：
数控机床机械部件装配与调整（10分）
附表2-1:
任务二“数控机床机械部件装配与调整”记录表（10分）
序号
项目内容
配分
得分
签字
项目一
工件准备与清洁：
在零件摆放区的主轴零部件进行清点、核对，并按照正确的工艺步骤清洁，按照安装工艺步骤将零部件整齐码放到装配区，如发现零部件上有毛刺，按照正确的工艺方法去除毛刺。
项目二
前主轴轴承安装：
根据主轴安装工艺要求安装主轴轴承，正确选择轴承安装方向，轴承组对形式正确。
项目三
主轴轴承回转精度调整：
调整前轴承外环与主轴后轴承轴径接触外圆之间回转跳动：
△r=mm,
前轴承外环端面跳动
△a=mm
项目四
前后轴承锁紧螺母锁紧力，
前轴承=Nm
后轴承=Nm
力矩扳手调整正确
项目五
实测主轴套筒端面到主轴前轴承外环的深度：
K=mm
K1=mm
K2=mm
………
Kn=mm
凸台高度计算公式：
A=mm
K1=mm
主轴单锥孔跳动
△s=mm
项目六
机械主轴与主轴测试台对接安装
电机轴轴芯与电机轴同轴度（裁判同轴度仪检测）
≤0.02mm2分
≤0.03mm1分
>0.03mm0分
合计
8分
附表2-2：
任务二之项目七简述主轴安装工艺记录表（2分）
内容
描述
配分
签字
前后轴承配对形式
安装工艺过程,即轴承、隔套、密封安装步骤
安装过程中的关键检测点及数值
前后轴承预紧力为什么有数值要求
简述K1值
升级会员 