國家開放大學電大?？啤稊?shù)控機床電氣控制》2025期末試題及答案一、單項選擇題（每小題2分，共20分）1.下列哪項不屬于數(shù)控系統(tǒng)硬件的核心組成部分？A.CNC裝置B.伺服驅(qū)動單元C.操作面板D.主軸變頻模塊2.步進電機的步距角θ與下列哪項參數(shù)無關？A.轉(zhuǎn)子齒數(shù)B.通電方式C.驅(qū)動電壓D.運行拍數(shù)3.數(shù)控機床中，PLC的輸入信號不包括：A.操作面板按鈕信號B.刀具位置檢測信號C.伺服電機編碼器反饋D.急停開關信號4.交流伺服系統(tǒng)中，編碼器的主要作用是：A.檢測電機轉(zhuǎn)速與位置B.調(diào)節(jié)輸出電壓頻率C.保護電機過載D.實現(xiàn)電流閉環(huán)控制5.數(shù)控機床電氣控制柜的接地方式通常采用：A.浮地接地B.單點接地C.多點串聯(lián)接地D.混合接地6.下列關于數(shù)控系統(tǒng)軟件結構的描述，錯誤的是：A.分為管理軟件和控制軟件B.插補運算屬于控制軟件功能C.診斷程序?qū)儆诠芾碥浖﨑.人機界面程序獨立于管理軟件7.直流伺服電機的調(diào)速方法中，最常用的是：A.改變電樞電壓B.改變勵磁電流C.改變電樞回路電阻D.改變極對數(shù)8.數(shù)控機床主軸準停功能的實現(xiàn)，通常需要：A.編碼器+接近開關B.溫度傳感器C.壓力繼電器D.液位傳感器9.下列哪項不是數(shù)控機床電氣故障的常見原因？A.電源電壓波動B.機械部件磨損C.PLC程序邏輯錯誤D.數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)丟失10.刀庫換刀過程中，PLC輸出信號不包括：A.刀庫正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)指令B.刀具夾緊/松開指令C.主軸定向完成信號D.伺服軸移動指令二、填空題（每空1分，共20分）1.數(shù)控系統(tǒng)按控制方式可分為開環(huán)、半閉環(huán)和________系統(tǒng)，其中________系統(tǒng)的位置檢測元件安裝在電機軸或絲杠端。2.步進電機的步距角計算公式為θ=360°/(mzk)，其中m為________，z為________，k為通電方式系數(shù)。3.交流伺服電機的控制方式主要有轉(zhuǎn)矩控制、________和________三種模式。4.數(shù)控機床PLC的輸入信號分為________輸入（如操作面板按鈕）和________輸入（如傳感器信號）。5.數(shù)控系統(tǒng)的核心功能包括________、________、刀具補償和位置控制。6.主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)中，常用的變頻技術有________和________，其中________技術的調(diào)速精度更高。7.數(shù)控機床電氣原理圖中，強電回路主要包括________、________和執(zhí)行元件（如接觸器、繼電器）。8.電氣故障診斷的基本步驟為：________→分析可能原因→________→驗證排除。9.刀架換刀的典型流程為：________→刀架抬起→________→刀架定位→________→刀架鎖緊。三、判斷題（每小題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）1.開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置檢測裝置，因此精度最高。（）2.交流伺服電機的轉(zhuǎn)子通常采用永磁材料，無需勵磁電流。（）3.PLC的掃描周期僅包括輸入采樣階段和輸出刷新階段。（）4.數(shù)控機床的接地電阻應小于4Ω，以保證抗干擾能力。（）5.主軸定向功能是為了確保刀具交換時的準確定位。（）6.步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，與步距角無關。（）7.數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)丟失后，只需重新啟動即可恢復。（）8.電氣控制柜內(nèi)的接觸器主觸點用于控制弱電信號，輔助觸點用于控制強電負載。（）9.閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置檢測元件直接測量工作臺的實際位置。（）10.刀庫換刀時，若PLC未接收到“主軸定向完成”信號，換刀流程會停止等待。（）四、簡答題（每小題6分，共30分）1.簡述數(shù)控系統(tǒng)的組成及各部分的功能。2.比較步進電機與交流伺服電機的特點，說明各自適用場景。3.數(shù)控機床中PLC與CNC的通信方式有哪些？分別簡述其工作原理。4.畫出閉環(huán)伺服系統(tǒng)的結構框圖，并說明各環(huán)節(jié)的作用。5.列舉三種常見的數(shù)控機床電氣故障現(xiàn)象，并分析可能的原因。五、綜合分析題（20分）某數(shù)控車床出現(xiàn)“刀架無法鎖緊”故障，現(xiàn)象為：刀架換刀時能正常抬起、旋轉(zhuǎn)、定位，但鎖緊電磁閥無動作，系統(tǒng)報警“刀架未鎖緊”。結合電氣控制原理，完成以下分析：（1）畫出刀架鎖緊控制的電氣原理圖（包含PLC輸入/輸出信號、傳感器、執(zhí)行元件）；（2）列出可能的故障原因（至少5項）；（3）設計故障排查步驟（從易到難）。參考答案一、單項選擇題1.C2.C3.C4.A5.B6.D7.A8.A9.B10.C二、填空題1.閉環(huán)；半閉環(huán)2.相數(shù)；轉(zhuǎn)子齒數(shù)3.速度控制；位置控制4.操作；檢測5.輸入處理；插補運算6.交-直-交變頻；交-交變頻；交-直-交7.電源模塊；主電路開關（如斷路器、熔斷器）8.觀察故障現(xiàn)象；檢測確認故障點9.主軸停轉(zhuǎn)；刀架旋轉(zhuǎn)；刀具到位檢測三、判斷題1.×2.√3.×4.√5.√6.×7.×8.×9.√10.√四、簡答題1.數(shù)控系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成：-硬件：包括CNC裝置（核心，完成數(shù)據(jù)運算與控制）、輸入/輸出設備（如操作面板、顯示器，實現(xiàn)人機交互）、伺服驅(qū)動單元（將CNC指令轉(zhuǎn)換為電機動作）、位置檢測裝置（反饋位置/速度信號）。-軟件：分為管理軟件（如輸入處理、顯示、診斷）和控制軟件（如插補運算、位置控制、刀具補償），通過程序?qū)崿F(xiàn)邏輯控制與運動規(guī)劃。2.步進電機：開環(huán)控制，無反饋；步距角固定，精度較低；低速扭矩大，高速易失步；成本低。適用于精度要求不高、低速短行程場景（如小型雕刻機）。交流伺服電機：閉環(huán)控制，編碼器反饋；調(diào)速范圍寬，精度高（可達0.001mm）；動態(tài)響應快，過載能力強；成本高。適用于高精度、高速、復雜軌跡加工（如數(shù)控機床進給軸）。3.通信方式及原理：-并行I/O通信：通過硬接線連接CNC的I/O接口與PLC的I/O模塊，信號以開關量形式傳輸（如“啟動”“急?！毙盘枺?，實時性高但線路復雜。-串行通信：通過RS-485或現(xiàn)場總線（如Profibus）傳輸數(shù)據(jù)，CNC與PLC按協(xié)議交換模擬量或數(shù)字量（如刀具號、主軸轉(zhuǎn)速），減少接線但需配置通信參數(shù)。-內(nèi)存共享：CNC與PLC共享部分存儲區(qū)（如D寄存器），PLC直接讀取CNC的狀態(tài)數(shù)據(jù)（如當前坐標）或?qū)懭肟刂浦噶睿ㄈ邕M給倍率），效率最高但需軟件協(xié)同設計。4.閉環(huán)伺服系統(tǒng)結構框圖：輸入指令→位置控制器→伺服驅(qū)動器→伺服電機→機械傳動→工作臺→位置檢測元件→反饋比較→誤差信號。各環(huán)節(jié)作用：位置控制器（計算指令與反饋的誤差）；伺服驅(qū)動器（放大信號驅(qū)動電機）；位置檢測元件（實時測量工作臺位置）；反饋比較（將實際位置與指令位置對比，修正誤差）。5.常見故障及原因：-故障1：伺服電機不轉(zhuǎn)動?？赡茉颍候?qū)動器電源故障；電機編碼器斷線；控制信號（如脈沖/方向）未輸出；電機繞組短路。-故障2：主軸無法變速?？赡茉颍鹤冾l器參數(shù)設置錯誤；PLC未輸出變速指令；主軸編碼器反饋異常；變速接觸器觸點燒蝕。-故障3：系統(tǒng)黑屏無顯示?？赡茉颍猴@示器電源故障；CNC裝置主板損壞；連接電纜接觸不良；系統(tǒng)軟件崩潰（如病毒感染）。五、綜合分析題（1）刀架鎖緊控制電氣原理圖（簡化）：-PLC輸入信號：刀架定位到位信號（接近開關S1）、鎖緊完成信號（壓力傳感器S2）。-PLC輸出信號：鎖緊電磁閥YV1（控制液壓/氣壓）、報警指示燈HL1。-執(zhí)行元件：鎖緊電磁閥YV1（得電時推動鎖塊）、壓力傳感器S2（檢測鎖緊壓力）。（2）可能故障原因：①PLC輸出點YV1損壞（無電壓輸出）；②鎖緊電磁閥YV1線圈燒毀（電阻無窮大）；③刀架定位接近開關S1故障（未發(fā)送“定位到位”信號至PLC）；④鎖緊油路/氣路堵塞（電磁閥動作但無壓力）；⑤PLC程序邏輯錯誤（未在定位后觸發(fā)YV1輸出）；⑥壓力傳感器S2線路斷線（PLC未接收到“鎖緊完成”反饋）。（3）故障排查步驟（從易到難）：①檢查PLC輸出點YV1的指示燈：若不亮，用萬用表測輸出端電壓（DC24V），確認是否有信號；若有電壓無動作，進入②；若無電壓，檢查PLC程序是否觸發(fā)輸出。②檢查鎖緊電磁閥YV1線圈電阻（正常約50-200Ω），若無窮大則更換電磁閥；若電阻正常，進入③。③手動觸發(fā)刀架定位（模擬S1信號），觀察P