第四届全国数控技能大赛决赛实操试题征集样题.docx
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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、FANUC0iD）
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HRC26～32，毛坯尺寸件一为180×180×42（长×宽×高），件二为180×180×19。
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ø16h7圆柱销同时插入。
件一技术要求有两项：
未注公差±0.1mm（不含180×180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0.88
mm内外型腔、曲线b内腔槽、曲线c内腔槽、槽深5
mm、工件高度41
mm、螺孔M42×1.5-7H、销孔2-ø16
mm、位置尺寸150±0.02mm、主视图中腔槽60°上侧至D向外轮廓下侧13
mm尺寸。
件二技术要求有一项：
未注尺寸允许偏差±0.1mm。
（不含180×180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17
mm、2-ø16
mm销孔、位置尺寸150±0.02mm、曲线外轮廓170
mm、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
ø20
5
球头刀
ø8
2
机卡立铣刀
ø32
6
铰刀
ø（16H）
3
整体合金立铣刀
ø12
7
钻头
ø11
4
内螺纹孔单刃镗刀
ø25
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48
mm，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ø16h7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ø16-0.01mm，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-ø16
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：
①0.88mm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；
②2-ø16
加工关键要控制销孔前留量；
③M42×1.5-7H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48
mm是精度考核重点。
2）件一上下平面加工尺寸41
mm、薄壁轮廓精度、壁厚0.88～0.06mm、尺寸120
mm、84.49
mm、腔槽中尺寸13
、M42×1.5-7H螺孔、2-ø16
尺寸和位置是精度考核重点。
3）件二上下平面加工尺寸17
mm、2-ø16
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。
①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。
②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：
①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。
②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。
ø12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。
ø32机夹立铣刀应采用侧固刀柄；ø25内螺纹孔单刃镗刀应采用侧固刀柄或强力弹簧夹套刀柄；ø20机夹立铣刀应采用强力弹簧夹套刀柄；ø16H铰刀应采用弹簧夹套刀柄；ø12整体硬质合金立铣刀和ø8球头刀可采用热装刀柄；ø11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ø12整体硬质合金铣刀，以备精加工用。
ø32机夹立铣刀，用于平面粗精加工，外轮廓粗加工，M42×1.5螺纹底孔扩孔。
ø20机夹立铣刀，用于内外轮廓半精加工，腔槽底面精加工，M42×1.5螺纹底孔粗扩。
ø12整体硬质合金立铣刀，用于内外轮廓精加工2-ø16
，铰前精加工，M42×1.5螺纹底孔精加工。
ø8球头刀，用于圆弧面加工，点钻2-ø16
孔位。
ø11钻头，用于预钻2-ø16
孔和ø12孔。
ø16H7铰刀，用于精铰2-ø16
孔。
内螺纹孔单刃镗刀，用于M42×1.5孔口倒角及螺纹加工。
6）切削参数选择
推荐切削参数如下：
Ø32机夹立铣刀，端铣V=200~250m/min，单齿进给量0.09~0.15mm/r。
Ø20机夹立铣刀，V=200m/min，端铣单齿进给量0.08mm/r，侧铣单齿给进量0.07mm/r，Ø25内螺纹单刃镗刀，V=70m/min，单齿给进量0.035mm/r，Ø11高速钢钻头，V=30m/min，进给量0.15~0.22mm/r，Ø20机夹立铣刀，扩孔V=100m/min，单齿进给量0.08mm/r，ø12整体硬质合金立铣刀，精铣孔V=150m/min，单齿进给量0.05mm/r，ø16H7铰刀，V=15m/min，进给量0.16mm/r，ø8球头刀，V=150m/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-ø16
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-ø16
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-ø16
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ø8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、bc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R0.15mm，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41
mm-10mm＝31
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ø8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ø11钻头横刃，即能起到定中心作用。
ø8球头刀引孔程序：
G98G82X75Y-75R3Z-3P50S3184M03F254。
ø11高速钢钻头钻孔程序：
G98G81X75Y-75R3Z-45S868M03F104。
ø20机夹立铣刀铣扩孔程序：
G98G81X75Y-75R3Z-32S1592M03F254。
ø32机夹立铣刀铣扩孔程序：
G98G81X75Y-75R3Z-32S995M03F318。
ø12合金立铣刀精铣ø16H7孔程序：
G02G90X-4Y0I4S2653M03F265。
ø16H7铰刀铰孔程序：
G98G85X75Y-75R3Z-25S298M03F48；
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
1、件一加工工艺与编程
首先保证内外型面对2-ø16
位置度。
铣端面:
Ø32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：
ø11钻头，预钻2-ø16
、ø12孔。
扩孔：
扩M42×1.5-H7螺纹底孔→ø20机夹立铣刀→ø32立铣刀扩孔深22+10=32mm。
半精铣：
ø20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：
Ø32机夹立铣刀→铣上端面至尺寸。
精铣：
ø12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：
ø12合金立铣刀→扩铣ø12孔→铣2-ø16
为2-ø16-0.05→铣M42×1.5-H7螺纹底孔ø41.5。
铰孔：
ø16H7铰刀→铰2-ø16
孔。
铣螺纹：
单刃螺纹镗刀→倒M42×1.5孔口角，铣M42×1.5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ø12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ø20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ø12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2XB-11-01（件1）加工程序
程序
说明
O1000；
G00G90G54X0Y28.49G43H01Z10S5971M03；
G01G41D10X20Y28.49F298M08；
G03X0Y48.492R20；
X-19.47Y43.434R40；
X-57.485Y8.314R110；
X-46.365Y-14.938R15；
G02X-26.855Y-23.976R32；
G03X26.855Y-23.976R36；
G02X46.365Y-14.938R32；
G03X57.485Y8.314R15；
X0Y48.492R110；
X-20Y28.49R20；
G01G40X0Y28.49F2000M09；
G28G49Z0M05；
M30；%
（件一）精铣“D向”内腔槽程序：
（ø12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；
G00G90G54X0Y65G43H01Z10S5971M03；
G01Z-10F200M08；
G41D11X-10Y65F298；
X-10Y48.49；
X0；
G02X19.470Y43.434R40；
X57.485Y8.314R110；
X46.365Y-14.938R15；
G03X26.855Y-23.976R32；
G02X-26.855Y-23.976R36；
G03X-46.365Y-14.938R32；
G02X-57.485Y8.314R15；
X-19.470Y43.434R110；
X0Y48.490R40；
G01X10F500M09；
Y65；
G40X0；
G28G49Z0M05；
M30；%
（件一）精铣“D向”外轮廓程序：
（ø12合金立铣刀）
（垂直移动建立刀补）
（垂直移动抹消刀补）
O3000；
G00G90G54X-14.750Y-49G43H01Z10S5971M03；
G01Z-13F50M08；
G42D13X-14.750Y-36F298；
X0；
G03X23.718Y-27.083R36；
G02X34.416Y-30.929R6.5；
X19.941Y-68.573R40；
X10.248Y-66.750R6.5；
G01X0Y-49；
X-10.248Y-66.750；
G02X-19.941Y-68.573R6.5；
X-34.416Y-30.929R40；
X-23.718Y-27.083R6.5;
G03X0Y-36R36；
G01X14.75；
G40Y-49F200M09；
G28G49Z0M05；
M30；%
（件一）精铣“b曲线”内腔槽程序：
（ø12合金立铣刀）
（垂直移动建立刀补）
（垂直移动抹消刀补）
O4000；
G00G90G54X100Y0G43H01Z-5S5971M03；
G01G41D14X100Y16.158F298M08；
X90；
G02X64.086Y37R46；
G03X37Y64.086R74；
G02X16.158Y90R46；
G01Y100；
X-16.158；
Y90；
G02X-37Y64.086R46；
G03X-64.086Y37R74；
G02X-90Y16.158R46；
G01X-100；
Y-16.158；
X-90；
G02X-64.086Y-37R46；
G03X-37Y-64.086R74；
G02X-16.158Y-90R46；
G01Y-100；
X16.158；
G02X37Y-64.086R46；
G03X64.086Y-37R74；
G02X90Y-16.158R46；
G01X100；
G40Y0M09；
G218G49Z0M05；
M30；%
（件一）精铣“c曲线”内腔槽程序：
（ø12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-ø16
位置度。
a）铣端面:
Ø32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：
ø11钻头→钻ø11孔→预钻2-ø16
孔。
c）半精铣：
Ø32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：
Ø20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:
Ø32机夹立铣刀→精铣上平面。
f）精铣：
ø12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-ø16
孔至2-ø16
。
g）铰孔：
ø16铰刀→铰2-ø16
孔。
h）铣：
ø8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170
mm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0.05~0.1mm之间，槽深度应做到10.2mm,用以保证配合精度。
O5000；
G00G90G54X-100Y-20G43H01Z-5.2S5971M03；
G01G41D15X-85Y-20F298；
Y7.725；
G02X-77.385Y22.427R18；
G03X-64.086Y37R46；
G02X-37Y64.086R74；
G03X-22.427Y77.385R46；
G02X-7.725Y85R18；
G01X7.725；
G02X22.427Y77.385R18；
G03X37Y64.086R46；
G02X64.086Y37R74；
G03X77.385Y22.427R46；
G02X85Y7.725R18;
G01Y-7.725；
G02X77.385Y-22.427R18；
G03X64.086Y-37R46；
G02X37Y-64.086R74；
G03X22.427Y-77.385R46；
G02X7.725Y-85R18；
G01X-7.725；
G02X-22.427Y-77.385R18；
G03X-37Y-64.086R46；
G02X-64.086Y-37R74；
G03X-77.385Y-22.427R46；
G02X-85Y-7.725R18；
G01Y20;
G40X-100F2000M09；
G28G91G49Z0M05；
M30；%
（件二）精铣“b曲线”外轮廓程序：
（ø12合金立铣刀）
（垂直移动建立刀补）
（垂直移动抹消刀补）
件一M42×1.5-7H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
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