北京开放大学数控机床期末考试试卷与参考答案

北京开放大学数控机床期末考试学习笔记

——试卷分析与参考答案解析

一、试卷结构与题型分布

北京开放大学数控机床课程期末考试通常采用闭卷形式，考试时间120分钟，满分100分。试卷题型多样，注重理论与实践结合，具体分布如下：

1. 选择题（20题，每题1分，共20分）

- 考察内容：数控机床基本概念、组成部件、加工原理、编程指令等。

- 题型特点：部分题目为概念辨析，需区分易混淆知识点；部分题目结合实际应用，如主轴转速与切削速度的计算。

2. 判断题（10题，每题1分，共10分）

- 考察内容：常见错误操作、加工工艺原则、系统功能描述等。

- 题型特点：需仔细审题，注意细节（如"绝对坐标系与增量坐标系不能混合使用"是否正确）。

3. 简答题（5题，每题6分，共30分）

- 考察内容：数控机床的核心部件功能、加工工艺流程、编程逻辑、故障诊断方法等。

- 题型特点：要求简明扼要，覆盖知识点的关键点，如"简述数控机床的伺服系统作用"。

4. 计算题（2题，每题10分，共20分）

- 考察内容：切削参数计算、坐标系转换、进给速度与螺距的关系等。

- 题型特点：需掌握公式推导和单位换算，例如"已知刀具直径和转速，计算切削速度"。

5. 案例分析题（1题，共20分）

- 考察内容：综合应用编程指令解决实际加工问题、分析加工误差原因、提出优化方案等。

- 题型特点：结合零件图样或加工场景，要求步骤清晰、逻辑严谨。

二、重点知识梳理

1. 数控机床基础概念

- 定义：数控机床（CNC Machine）是通过数字信号控制机床运动的自动化加工设备，核心是数控系统（CNC）。

- 组成：

- 输入输出装置：键盘、显示器、USB接口等。

- 数控装置（CNC）：控制核心，将加工程序转化为脉冲信号。

- 伺服系统：执行数控装置的指令，驱动机床运动（如进给电机、主轴电机）。

- 反馈装置：检测实际位置并反馈给数控装置（如编码器、光栅尺）。

- 机床本体：机械结构，包括主轴箱、工作台、导轨等。

2. 数控编程基础

- 坐标系：

- 绝对坐标编程（G54-G59）：直接指定目标点坐标。

- 增量坐标编程（G90/G91）：通过相对当前位置的增量值指定运动路径。

- 常用G代码指令：

- G00：快速定位（不进行加工）。

- G01：直线插补（需指定进给速度F）。

- G02/G03：顺/逆时针圆弧插补（需指定圆心坐标或半径）。

- G41/G42：刀具半径左/右补偿。

- G43/G44：刀具长度正/负补偿。

3. 加工工艺与参数设置

- 切削参数计算公式：

- 切削速度 \( v = \pi D N / 1000 \)（\( D \)为刀具直径，\( N \)为主轴转速）。

- 进给速度 \( f = fz \times n \times Z \)（\( fz \)为每齿进给量，\( n \)为主轴转速，\( Z \)为刀具齿数）。

- 加工流程：

1. 零件图样分析 → 2. 制定加工工艺 → 3. 编写数控程序 → 4. 输入程序并调试 → 5. 加工验证。

4. 常见故障与诊断

- 主轴不转动：

- 可能原因：电机过载、驱动器故障、编码器信号丢失、参数设置错误。

- 诊断步骤：检查电机接线→查看报警代码→确认参数设置→测量电机电流。

- 加工轨迹偏差：

- 可能原因：刀具补偿未设置、坐标系原点偏移错误、程序坐标输入错误。

三、典型题目解析

1. 选择题示例

题目：数控机床的定位精度主要取决于（ ）。

A. 伺服电机性能

B. 检测装置精度

C. 数控装置的算法

D. 机械传动部件的刚度

答案：B

解析：定位精度由检测装置（如编码器、光栅尺）的分辨率和数控装置的控制算法共同决定，但检测装置的精度是基础。

2. 判断题示例

题目：在数控加工中，G00指令的进给速度可以随意设定。

答案：×

解析：G00为快速定位指令，其进给速度由机床参数预设，不可在程序中直接修改。

3. 简答题示例

题目：简述数控机床伺服系统的作用。

参考答案：

伺服系统是数控机床的执行机构，其作用包括：

1. 将数控装置输出的脉冲信号转换为机床运动的机械位移；

2. 控制进给电机或主轴电机的转速和方向；

3. 确保加工轨迹的精度和稳定性；

4. 通过反馈装置实现闭环控制，修正误差。

4. 计算题示例

题目：已知某数控车床使用直径为20mm的刀具加工外圆，切削速度设定为100m/min，求主轴转速（单位：r/min）。

解答步骤：

1. 公式：\( v = \pi D N / 1000 \)

2. 代入数据：\( 100 = \pi \times 20 \times N / 1000 \)

3. 解得：\( N = (100 \times 1000) / (3.1416 \times 20) \approx 1591.5 \) r/min

答案：主轴转速应设置为约1592转/分钟。

5. 案例分析题示例

题目：某零件需加工一个Φ50mm的孔，深度为30mm，材料为45钢，要求表面粗糙度Ra1.6μm。请设计加工工艺并编写G代码程序。

参考答案：

加工工艺步骤：

1. 预钻中心孔，防止钻头偏移；

2. 用钻头粗加工至28mm深度；

3. 用镗刀精加工至30mm深度，确保尺寸精度；

4. 使用铰刀进行最终精加工，达到表面粗糙度要求。

G代码程序示例（FANUC系统）：

```

O1000

G54 G90 G17 G40 G49

T0101（选择钻头）

M03 S800（主轴正转，转速800r/min）

G00 X0 Z0（快速定位到工件原点）

G91 G81 X0 Z-28 R5 F50（钻孔循环，孔深28mm，安全平面Z0，进给速度50mm/min）

T0202（换镗刀）

G43 H01（刀具长度补偿）

G00 X25 Z-28（快速定位到镗孔起点）

G99 G83 X25 Z-30 R5 Q5 F50（深孔加工循环，最终深度30mm）

T0303（换铰刀）

G01 Z-30 F20（精加工进给，降低速度保证表面质量）

G00 X100 Z100（退刀）

M3