數(shù)控銑工加工中心操作工技師高級技師操作技能鑒定試題及答案詳解一、加工中心整機(jī)精度診斷與補(bǔ)償（本題滿分30分）1.試題某立式加工中心（型號VDL1000，數(shù)控系統(tǒng)FANUC0iMF）在銑削1000mm×600mm模具基板時，出現(xiàn)Y向直線度0.08mm/全長超差。現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)如下：①激光干涉儀測得Y軸定位精度+0.012mm/0.009mm；②球桿儀XY平面圓度誤差15μm，呈“喇叭口”負(fù)向；③用00級花崗巖方尺檢驗(yàn)主軸軸線對工作臺垂直度，X向+0.02mm/300mm，Y向0.05mm/300mm；④機(jī)床已運(yùn)行8800h，滾珠絲杠預(yù)緊力原為12kN，現(xiàn)測10.2kN。請完成：（1）寫出導(dǎo)致Y向直線度超差的三項(xiàng)最可能機(jī)械原因（3分）；（2）列出利用FANUC“雙向螺距補(bǔ)償”功能消除Y軸定位誤差的完整操作步驟（含參數(shù)界面路徑、補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)、數(shù)據(jù)格式）（10分）；（3）給出在“喇叭口”負(fù)向圓度誤差條件下，調(diào)整XY平面垂直度的具體墊片修正量及檢測驗(yàn)證方法（7分）；（4）若滾珠絲杠預(yù)緊力無法恢復(fù)至12kN，請計(jì)算在10.2kN條件下Y軸重復(fù)定位精度允許的最大熱伸長量（鋼件線脹系數(shù)12×10??/℃，溫升ΔT=8℃，有效行程800mm），并判斷該伸長量是否影響定位精度（10分）。答案與解析（1）①Y軸導(dǎo)軌滑塊滾珠磨損，游隙增大；②絲杠螺母座軸承背對背組配預(yù)緊喪失；③主軸軸承Y向游隙偏大，導(dǎo)致切削力方向讓刀。解析：定位精度合格而直線度超差，說明不是控制系統(tǒng)問題；球桿儀呈“喇叭口”負(fù)向，提示XY垂直度不良；絲杠預(yù)緊下降20%，熱伸長與磨損疊加。（2）步驟：①模式選擇MDI→[SYSTEM]→[PMCMNT]→[SCALE]→“雙向螺距補(bǔ)償”設(shè)為1（參數(shù)36231=1）；②[SYSTEM]→[PARAM]→3624設(shè)Y軸補(bǔ)償間隔50mm；3625設(shè)補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)17（800/50+1）；③用激光干涉儀采集Y軸±雙向誤差，生成17組數(shù)據(jù)，單位0.001mm；④[EDIT]→[PROG]→新建O9002，格式：N10G10L50P1Y0R3；N20G10L50P2Y50R5…⑤復(fù)位后[SYSTEM]→[PARAM]→3626寫入文件號9002，重啟；⑥再次激光測試，殘余誤差≤0.003mm/全長即合格。解析：FANUC0iMF雙向補(bǔ)償需打開36231，補(bǔ)償號用G10L50，R值帶符號，單位μm，補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)必須與3624間隔對應(yīng)。（3）喇叭口負(fù)向說明XY垂直度呈“內(nèi)八”，需把立柱下端向+X方向調(diào)。墊片厚度δ=0.05×300/800=0.01875mm，取0.02mm銅皮墊在立柱左前地腳；墊好后用花崗巖方尺+千分表復(fù)測，要求0.01mm/300mm以內(nèi)；再次球桿儀圓度≤8μm。解析：幾何關(guān)系按相似三角形，墊片位置應(yīng)在誤差方向的反向地腳。（4）熱伸長ΔL=12×10??×8×800=0.0768mm。重復(fù)定位精度按VDL1000出廠指標(biāo)±0.003mm，熱伸長0.0768mm已遠(yuǎn)超，必須采用：①絲杠中空冷卻；②數(shù)控系統(tǒng)熱補(bǔ)償（參數(shù)71217123）。否則定位精度不合格。二、復(fù)雜曲面多軸協(xié)同加工（本題滿分30分）2.試題零件：航空鋁合金進(jìn)氣道整體葉輪，材料7075T6，輪轂直徑φ120mm，葉片最大懸伸38mm，前緣R0.8mm，葉型公差±0.05mm，表面粗糙度Ra0.4μm。機(jī)床：五軸加工中心（DMU65monoBLOCK，HEIDENHAINTNC640）。任務(wù)：（1）制定葉片粗加工策略，給出刀具型號、切削參數(shù)、走刀方式，并計(jì)算材料去除率Q（cm3/min）（8分）；（2）精加工葉片壓力面，要求采用“引導(dǎo)曲線”策略，列出TNC640程序頭關(guān)鍵代碼（含刀軸矢量插補(bǔ)、前饋參數(shù)）（7分）；（3）加工中發(fā)現(xiàn)葉片前緣過切0.12mm，現(xiàn)場只有φ6mm整體硬質(zhì)合金球刀一把，如何在不更換刀具前提下通過“3D補(bǔ)償”功能挽救？寫出具體操作流程與補(bǔ)償矢量計(jì)算（10分）；（4）葉輪動平衡要求≤G2.530000rpm，加工后實(shí)測不平衡量8g·mm，給出在輪轂端面鉆孔去重的位置、孔徑、深度計(jì)算（5分）。答案與解析（1）粗加工：刀具：φ10mm三刃硬質(zhì)合金波紋銑刀，刀尖圓角R1mm，TiAlN涂層；切削參數(shù)：vc=800m/min→n=25500rpm，fz=0.06mm/z，ae=5mm，ap=15mm；Q=ae×ap×vf=5×15×(25500×0.06×3)/1000=114.75cm3/min；走刀：五軸聯(lián)動等高分層，刀軸前傾15°避干涉，螺旋進(jìn)刀，順銑。解析：鋁合金高速波紋銑可提高效率，刀尖R1防啃刀，分層ap≤15mm降低懸伸變形。（2）TNC640精加工程序頭：0BEGINPGMBLADEMM1TOOLCALL8ZS35000F3000DL+0.0DR+0.02CYCLDEF32.0TOLERANCE3CYCLDEF32.10.0054M128;刀軸矢量插補(bǔ)開啟5FFWON;前饋開啟6PLANESPATIALSPA+0SPB+0SPC+0;初始刀軸7LX+50Y+0Z+50A+0C+0F50008CCX+0Y+0Z+60;引導(dǎo)曲線中心9GUIDEDCURVE“PRESSURE”TOLERANCE0.02ANGLESTEP210…解析：M128啟用刀軸矢量平滑，GUIDEDCURVE為TNC葉片專用循環(huán)，ANGLESTEP控制刀軸變化率。（3）挽救流程：①在TNC640手動模式執(zhí)行“3D補(bǔ)償”功能：按MOD→“3DComp”→選擇“Program”→輸入補(bǔ)償號L1；②測量前緣過切區(qū)域，建立局部坐標(biāo)系，X向法矢Nx=0.92，Y向Ny=0.38，Z向Nz=0.08；③補(bǔ)償矢量Δ=0.12mm，方向沿Nx反向，即ΔX=0.12×0.92=0.110mm；④在L1補(bǔ)償表寫入：X0.110Y0.046Z0.010；⑤重新運(yùn)行精加工，實(shí)測過切降至0.01mm以內(nèi)。解析：3D補(bǔ)償沿零件法向偏移刀軌，無需新刀具，但需確保補(bǔ)償方向與曲面法矢一致。（4）去重計(jì)算：不平衡量U=8g·mm，鉆孔半徑r，深度h，材料密度ρ=2.8g/cm3；設(shè)孔位半徑R=55mm，則去除質(zhì)量m=U/R=8/55=0.145g；m=πr2hρ→取r=2mm，則h=0.145/(π×0.22×2.8)=0.41cm=4.1mm；現(xiàn)場鉆φ4mm孔，深度5mm即可，位置在輪轂端面0°相位。三、車銑復(fù)合B軸精度檢測與誤差建模（本題滿分20分）3.試題車銑復(fù)合中心（INDEXG420，西門子840Dsl）B軸擺動范圍120°～+30°，采用力矩電機(jī)直驅(qū)，內(nèi)置HEIDENHAINERA4280圓光柵?，F(xiàn)執(zhí)行銑削斜齒輪工序，模數(shù)m=2mm，齒數(shù)z=48，螺旋角β=20°右旋，要求齒形誤差≤0.015mm。任務(wù)：（1）利用“Circulartest”功能采集B軸±5°、±15°、±30°三處雙向定位誤差，記錄數(shù)據(jù)如下表，請用最小二乘法擬合誤差曲線θe=k1B+k2B2，并給出k1、k2值（8分）；（2）將擬合模型寫入西門子840Dsl的“ECOD”誤差補(bǔ)償表，寫出NC代碼片段（4分）；（3）若補(bǔ)償后齒形誤差仍超差0.008mm，分析除B軸外另兩項(xiàng)可能原因（4分）；（4）給出在機(jī)測量斜齒輪齒形誤差的測頭路徑及評價策略（4分）。附表（單位：°）|指令角度|實(shí)測正向|實(shí)測反向||||||+30|+30.012|+29.994||+15|+15.008|+14.996||+5|+5.003|+4.997||5|5.002|4.998||15|15.007|14.993||30|30.011|29.995|答案與解析（1）取正向均值θm=(θ正+θ反)/2，得θe=θmθ指令，列表：|B|θe(×10?3)|||||30|3.0||15|2.0||5|0.5||5|0.5||15|2.0||30|3.0|用最小二乘法擬合θe=k1B+k2B2，矩陣法解得：k1=0.0002，k2=3.33×10??。解析：誤差呈對稱S形，含一次和二次分量，k1反映線性刻度誤差，k2反映力矩電機(jī)磁場諧波。（2）NC代碼：$MA_ENC_COMP_ENABLE_B[0]=1$MA_ENC_COMP_MAX_B[0]=30$MA_ENC_COMP_STEP_B[0]=1NEW_CONF$AA_EC_ECOD_B[0,0]=0.0$AA_EC_ECOD_B[0,1]=0.0002$AA_EC_ECOD_B[0,2]=0.00000333解析：ECOD為西門子誤差曲線描述符，0次項(xiàng)置零，1次項(xiàng)k1，2次項(xiàng)k2。（3）另兩項(xiàng)原因：①銑刀端面跳動≥0.01mm，導(dǎo)致齒面波紋；②工件主軸C軸插補(bǔ)周期8ms，速度前饋未開，造成螺旋滯后。（4）測頭路徑：①用RENISHAWRMP40測頭，在齒寬中部螺旋線方向采三點(diǎn)；②路徑：G1X0Y0Z10F2000→C軸旋轉(zhuǎn)β角→沿軸向Z進(jìn)給5mm→測頭觸發(fā)記錄；③評價：將實(shí)測點(diǎn)擬合最佳螺旋線，計(jì)算齒形誤差ff=0.008mm，與補(bǔ)償后B軸誤差分離。四、高速深腔加工刀具路徑優(yōu)化與熱變形控制（本題滿分20分）4.試題模具深腔：材料H13淬硬48HRC，型腔深180mm，拔模角1°，拐角R3mm，機(jī)床：MAKINOV33i，主軸20000rpm，HSKA63刀柄。任務(wù)：（1）制定高速深腔粗加工刀具路徑，要求“變層厚+殘料識別”，給出刀具、層厚變化規(guī)則、殘料閾值及計(jì)算示例（8分）；（2）精加工側(cè)壁采用“螺旋等高+光順倒角”策略，寫出進(jìn)給速率F與主軸轉(zhuǎn)速S隨深度變化的函數(shù)關(guān)系，并解釋為何需降速（6分）；（3）加工至120mm深度時，主軸熱伸長0.025mm，導(dǎo)致底部過切，給出在機(jī)補(bǔ)償方案（含測頭循環(huán)與宏變量）（6分）。答案與解析（1）粗加工：刀具：φ8mm四刃硬質(zhì)合金圓鼻刀，刀尖R0.5mm，TiSiN涂層；層厚規(guī)則：頂部060mm，ap=0.5D=4mm；60120mm，ap=0.4D=3.2mm；120180mm，ap=0.3D=2.4mm；殘料閾值：當(dāng)殘料厚度>0.3mm時自動二次開粗；示例：型腔體積V≈120cm3，粗加工去除90%，Q=ae×ap×vf=4×3.2×(12000×0.04×4)/1000=24.6cm3/min，總時間≈4.4min。解析：深腔下部剛性弱，減小ap可降低側(cè)向力，殘料識別用軟件voxel模型，閾值0.3mm保證二次開粗效率。（2）精加工：螺旋等高，步距0.2mm，轉(zhuǎn)速S(z)=2000040×(z50)rpm，z≥50mm；進(jìn)給F(z)=0.1×S(