2025年数控机床电气控制试题库及答案

2025年数控机床电气控制试题库及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.数控机床电气控制系统中，实现刀具交换、冷却启停等辅助功能控制的核心部件是（）。A.伺服驱动器B.PLCC.主轴变频器D.数控系统（CNC）2.某数控车床伺服系统采用半闭环控制，其位置反馈元件通常安装在（）。A.工作台B.伺服电机轴端C.滚珠丝杠末端D.导轨侧面3.以下关于数控机床编码器的描述，错误的是（）。A.增量式编码器需定期回参考点B.绝对式编码器断电后仍能保存位置信息C.旋转变压器抗干扰能力弱D.编码器输出信号包括A、B、Z相4.主轴变频器的“V/F控制”模式主要用于（）。A.高精度恒转矩切削B.宽范围调速且对精度要求不高的场景C.主轴准停功能D.同步多轴联动5.数控机床PLC程序设计中，“急停信号”通常作为（）输入处理。A.开关量输入（DI）B.模拟量输入（AI）C.开关量输出（DO）D.模拟量输出（AO）6.某加工中心出现“401伺服未准备好”报警，可能的原因是（）。A.刀具长度补偿值错误B.伺服驱动器电源未接通C.冷却液液位过低D.主轴转速参数设置过高7.光栅尺作为全闭环系统的位置检测元件，其分辨率由（）决定。A.标尺光栅与指示光栅的刻线密度B.读数头的信号处理电路C.数控系统的插补精度D.伺服电机的步距角8.数控机床电气原理图中，“KM”符号表示（）。A.接触器B.继电器C.熔断器D.断路器9.以下不属于数控系统基本功能的是（）。A.插补功能B.刀具半径补偿C.网络通信（DNC）D.工件材料自动识别10.伺服电机的“过载报警”通常由（）触发。A.电机温度过高B.编码器断线C.驱动器供电电压波动D.切削参数设置过小二、填空题（每空1分，共20分）1.数控机床电气控制系统主要由______、伺服驱动系统、主轴驱动系统、辅助控制装置和检测反馈装置组成。2.PLC在数控机床中执行______控制，其程序扫描周期包括输入采样、______和输出刷新三个阶段。3.伺服系统按控制方式可分为开环、半闭环和______，其中______系统的位置精度最高。4.主轴变频器的常见控制模式包括V/F控制、______和直接转矩控制（DTC）。5.增量式编码器输出的Z相脉冲用于______，其作用是______。6.数控机床的“回参考点”操作通过检测______或______的零位信号完成。7.电气控制回路中，热继电器（FR）主要用于______保护，熔断器（FU）主要用于______保护。8.数控系统的插补功能是指根据零件轮廓的______，计算出各坐标轴的______运动轨迹。9.伺服驱动器的“刚性攻丝”功能需与______同步，其核心是保证主轴旋转与______进给的严格比例关系。10.工业现场中，数控机床的接地方式通常采用______接地，接地电阻需小于______Ω。三、判断题（每题1分，共10分）1.数控机床的PLC程序只能由机床厂家编写，用户无法修改。（）2.半闭环伺服系统的位置误差仅包括机械传动链的误差。（）3.主轴变频器的“矢量控制”模式比V/F控制更适合恒转矩切削。（）4.绝对式编码器无需回参考点，开机即可直接使用。（）5.数控系统的“M代码”由PLC接收并执行具体动作控制。（）6.伺服电机的额定转速越高，其低速转矩输出能力越强。（）7.光栅尺的安装需严格保证与导轨的平行度，否则会影响检测精度。（）8.数控机床的“急停电路”应设计为常闭触点串联，确保失电时立即切断动力电源。（）9.变频器的“加减速时间”设置过短会导致电机过流报警。（）10.数控系统的“手轮进给”功能通过检测手轮脉冲发生器的信号实现，与伺服系统无关。（）四、简答题（每题6分，共30分）1.简述数控机床PLC与通用PLC的主要区别。2.伺服系统中“位置环”“速度环”“电流环”的作用分别是什么？请按控制层级排序。3.主轴变频器参数设置中，“额定功率”“额定电流”“基频”三个参数的意义及设置原则是什么？4.数控机床全闭环系统与半闭环系统的优缺点对比。5.某数控铣床加工时出现“轮廓误差超差”，可能的电气控制原因有哪些？（至少列举4项）五、综合题（每题10分，共20分）1.某加工中心刀库换刀流程如下：主轴定向→松刀→刀库移动至换刀位→拔刀→插刀→紧刀→刀库复位。请设计对应的PLC控制逻辑（用梯形图或语句表描述关键步骤，需包含必要的输入信号和输出信号）。2.一台采用FANUC0i系统的数控车床，开机后显示“SV0431伺服放大器过载”报警。结合电气控制原理，分析可能的故障原因及排查步骤。答案一、选择题1.B2.B3.C4.B5.A6.B7.A8.A9.D10.A二、填空题1.数控系统（CNC装置）2.辅助（或逻辑）；程序执行3.全闭环；全闭环4.矢量控制（或磁场定向控制）5.参考点定位；提供编码器的零位信号6.编码器Z相；光栅尺零位标记7.电机过载；短路8.几何信息（或给定轨迹）；位移9.主轴编码器；Z轴（或进给轴）10.等电位（或单独）；4三、判断题1.×2.×3.√4.√5.√6.×7.√8.√9.√10.×四、简答题1.主要区别：①控制对象不同，数控机床PLC主要控制辅助动作（如换刀、冷却），通用PLC用于通用设备；②接口规范不同，数控机床PLC需与CNC系统通信（如接收M/S/T代码）；③响应速度要求更高，需与机床动作同步；④程序结构更标准化（如分为机床侧和CNC侧程序）。2.电流环：控制电机电流，实现转矩控制（最内层）；速度环：控制电机转速，抑制负载变化对速度的影响（中间层）；位置环：控制电机位移，跟踪CNC指令位置（最外层）。层级顺序：电流环→速度环→位置环。3.额定功率：变频器能驱动的最大电机功率，需与主轴电机功率匹配（避免小马拉大车或浪费）；额定电流：变频器输出的最大电流，应大于等于电机额定电流（防止过载）；基频：变频器输出电压与频率成比例的起始频率（通常为50Hz），设置需与电机额定频率一致（保证基频以下恒转矩特性）。4.全闭环：优点是位置精度高（直接检测工作台位置），缺点是受机械传动链动态特性影响大（易产生振荡）、成本高（需高精度光栅尺）、调试复杂；半闭环：优点是稳定性好（检测电机或丝杠端）、成本低、调试简单，缺点是无法补偿机械传动误差（如丝杠螺距误差、间隙）。5.可能原因：①伺服系统参数设置不当（如位置环增益过低）；②编码器或光栅尺信号干扰（导致反馈位置误差）；③伺服驱动器故障（输出转矩不稳定）；④机械传动间隙未补偿（如丝杠反向间隙）；⑤数控系统插补算法误差；⑥主轴转速波动（影响轮廓加工同步性）。五、综合题1.梯形图关键步骤（示例）：-输入信号：主轴定向完成（X10.0）、松刀到位（X10.1）、刀库到位（X10.2）、拔刀到位（X10.3）、插刀到位（X10.4）。-输出信号：主轴定向指令（Y0.0）、松刀电磁阀（Y0.1）、刀库移动指令（Y0.2）、拔刀气缸（Y0.3）、插刀气缸（Y0.4）、紧刀电磁阀（Y0.5）、刀库复位指令（Y0.6）。-逻辑：当接收到换刀M代码（如M06），首先触发Y0.0（主轴定向），待X10.0闭合，触发Y0.1（松刀）；X10.1闭合后触发Y0.2（刀库移动）；X10.2闭合后触发Y0.3（拔刀）；X10.3闭合后触发Y0.4（插刀）；X10.4闭合后触发Y0.5（紧刀）；最后触发Y0.6（刀库复位），完成换刀。2.故障分析及排查步骤：（1）可能原因：①伺服电机过载（如机械卡阻、切削力过大）；②伺服驱动器内部故障（如IGBT模块损坏）；③编码器故障（反馈信号异常导致电流波动）；④电机电缆或编码器电缆短路/断路；⑤系统参数设置错误（如电机额定电流设置过小）；⑥电源电压异常