2025年机床电气控制技术试卷附答案

2025年机床电气控制技术试卷附答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.下列低压电器中，属于主令电器的是（）A.接触器B.按钮C.热继电器D.熔断器2.三相异步电动机采用Y-Δ降压启动时，启动电流为全压启动的（）A.1/√3B.1/3C.√3倍D.3倍3.PLC输入模块的公共端COM外接24V直流电源时，该模块类型为（）A.漏型输入B.源型输入C.双向输入D.模拟量输入4.数控机床进给伺服系统中，位置检测装置的作用是（）A.检测电机转速B.检测负载转矩C.反馈实际位置D.调节输出功率5.热继电器的双金属片弯曲是由于（）A.电流的磁效应B.电流的热效应C.电压的作用D.机械应力6.交流接触器的主触点通常用于接通或断开（）A.控制电路B.主电路C.信号电路D.照明电路7.PLC程序执行阶段，输入状态的更新周期为（）A.一个扫描周期B.0.1秒C.与外部信号同步D.由用户程序决定8.步进电机的步距角越小，说明（）A.控制精度越低B.控制精度越高C.输出转矩越大D.响应速度越慢9.机床电气控制电路中，互锁环节的主要作用是（）A.防止电源短路B.防止电机过载C.防止两个接触器同时吸合D.提高电路稳定性10.下列关于熔断器的选择原则，错误的是（）A.额定电压不小于线路工作电压B.分断能力大于电路最大短路电流C.额定电流大于线路最大工作电流D.用于电动机保护时需考虑启动电流11.数控机床主轴变频器的控制信号通常为（）A.0-5V直流电压B.220V交流电压C.1-10kHz脉冲D.4-20mA直流电流12.电气原理图中，同一电器的各部件采用（）标注A.位置编号法B.功能编号法C.集中表示法D.分开表示法13.当PLC的输出模块为晶体管型时，其负载电源应为（）A.交流220VB.直流24VC.交流380VD.直流110V14.机床控制电路中，时间继电器的作用是（）A.实现延时控制B.实现过载保护C.实现电压保护D.实现电流检测15.伺服电机与步进电机的主要区别是（）A.伺服电机有反馈，步进电机无反馈B.伺服电机功率更大C.步进电机响应更快D.伺服电机成本更低二、填空题（每空1分，共20分）1.低压断路器具有______、______和欠电压保护功能。2.接触器的结构主要由______、______和灭弧装置组成。3.PLC的工作过程分为______、______和输出刷新三个阶段。4.数控机床进给系统常用的位置检测元件有______（举2例）。5.三相异步电动机的调速方法有______、______和改变转差率调速。6.热继电器的整定电流应______（选填“大于”“等于”或“小于”）电动机的额定电流。7.电气控制电路中，自锁环节通过______实现，互锁环节通过______实现。8.步进电机的步距角计算公式为______（用转子齿数Zr和运行拍数N表示）。9.伺服系统按控制方式可分为______、______和全闭环系统。10.机床电气故障排查的常用方法有______（举2例）。三、判断题（每题1分，共10分）1.熔断器可同时作为短路保护和过载保护元件。（）2.PLC的输入信号在输入采样阶段被读取，之后即使外部信号变化也不会影响当前扫描周期的程序执行。（）3.交流接触器的线圈电压必须与控制电路的电源电压一致。（）4.步进电机的转速仅由脉冲频率决定，与负载无关。（）5.机床控制电路中，多地控制需将启动按钮并联，停止按钮串联。（）6.伺服系统的精度主要取决于位置检测装置的分辨率。（）7.热继电器动作后需手动复位才能再次工作。（）8.PLC梯形图中的继电器是物理存在的，与实际电气元件一一对应。（）9.三相异步电动机正反转控制中，必须设置互锁环节防止电源短路。（）10.数控机床主轴采用变频器调速时，低速段需进行转矩补偿。（）四、简答题（每题6分，共30分）1.简述三相异步电动机星三角降压启动的工作原理及适用场合。2.对比继电器控制电路与PLC控制电路的优缺点（至少列出3点）。3.数控机床伺服系统由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？4.绘制三相异步电动机单向启动-停止控制电路的电气原理图（主电路+控制电路），并标注各元件符号。5.简述机床电气控制电路故障排查的一般步骤。五、分析题（每题10分，共20分）1.某C650卧式车床电气控制电路中，主轴电机M1的控制电路如图1所示（注：图中KM1为主轴正转接触器，KM2为反转接触器，FR为热继电器，SB1为停止按钮，SB2为正转启动按钮，SB3为反转启动按钮，互锁触点已标注）。（1）说明电路中KM1的辅助常开触点和KM2的辅助常闭触点的作用；（2）若按下SB2后KM1不吸合，可能的故障原因有哪些？（至少列出3点）2.某PLC控制的机床刀库选刀系统梯形图如图2所示（注：输入X0为“选刀启动”按钮，X1~X4为刀位检测传感器，输出Y0~Y3控制刀库电机正反转及定位）。已知刀库有8个刀位（编号0-7），当前刀位为3号（X2=1），目标刀位为6号。（1）分析梯形图中M0-M3的逻辑功能；（2）绘制从当前刀位到目标刀位的动作流程时序图（标注关键输入输出信号变化）。六、综合题（20分）设计一个基于PLC的数控机床自动换刀控制系统，要求：（1）系统功能：当按下启动按钮（SB1）后，刀库正转寻找目标刀位（由拨码开关输入目标刀位号），找到后刀库停止，换刀机械手下降（Y1）、夹紧刀具（Y2）、上升（Y3），完成换刀后系统复位。（2）列出I/O分配表（输入至少5个，输出至少4个）；（3）绘制简化梯形图（包含启动、刀位检测、换刀动作、复位逻辑）；（4）说明系统工作流程。答案一、单项选择题1.B2.B3.A4.C5.B6.B7.A8.B9.C10.C11.A12.D13.B14.A15.A二、填空题1.短路保护；过载保护2.电磁系统；触点系统3.输入采样；程序执行4.光栅尺；旋转编码器（或磁栅、感应同步器）5.变极调速；变频调速6.等于7.接触器自锁触点；接触器互锁触点（或对方接触器常闭触点）8.360°/(Zr×N)9.开环；半闭环10.直观检查法；电压测量法（或电阻测量法、替换法）三、判断题1.×2.√3.√4.×5.√6.√7.×（部分热继电器可自动复位）8.×9.√10.√四、简答题1.工作原理：启动时电动机定子绕组接成Y形，降低每相绕组电压（为Δ接的1/√3），从而减小启动电流；待转速接近额定值时，切换为Δ形正常运行。适用场合：适用于正常运行时定子绕组为Δ形连接、容量较大（通常10kW以上）的三相异步电动机，以限制启动电流对电网的冲击。2.继电器控制：优点是直观、成本低；缺点是接线复杂、可靠性低、修改困难、体积大。PLC控制：优点是编程灵活、抗干扰强、维护方便、功能扩展容易；缺点是初期成本较高、需要编程知识。3.组成：伺服驱动器、伺服电机、位置检测装置、机械传动部件。作用：驱动器接收控制信号（如PLC输出的脉冲/模拟量），驱动电机运转；电机将电能转换为机械能；位置检测装置反馈实际位置信号，与指令位置比较后调整；机械传动部件（如滚珠丝杠）将电机旋转运动转换为直线运动，传递动力。4.电气原理图：主电路包括断路器QF、熔断器FU、接触器KM主触点、热继电器FR主双金属片、电动机M；控制电路包括停止按钮SB1（常闭）、启动按钮SB2（常开）、接触器KM线圈、热继电器FR常闭触点。绘制时主电路垂直排列，控制电路水平排列，KM主触点与辅助常开触点标注相同文字符号。5.步骤：①了解故障现象（询问操作人员）；②分析电路原理（确定故障范围）；③外观检查（观察有无烧焦、松动）；④测量电压/电阻（断电测电阻，通电测电压）；⑤替换可疑元件（缩小故障点）；⑥验证修复效果（通电测试）。五、分析题1.（1）KM1辅助常开触点：实现正转自锁，保证松开SB2后KM1保持吸合；KM2辅助常闭触点：与KM1线圈串联，实现正反转互锁，防止KM1、KM2同时吸合造成电源短路。（2）故障原因：SB2触点接触不良；KM1线圈断线；FR常闭触点因过载断开；KM2辅助常闭触点未复位（粘连或接线错误）；控制电路熔断器熔断。2.（1）M0-M3为刀位编码中间继电器，X1~X4的状态组合（二进制）对应当前刀位号，M0-M3将检测信号转换为刀位数字量，用于与目标刀位比较。（2）时序图：t0时刻X0=1（选刀启动），当前刀位3（X2=1），目标刀位6；t1时刻Y0=1（刀库正转），X1~X4依次变化（刀位4：X3=1；刀位5：X3=X4=0；刀位6：X4=1）；t2时刻检测到目标刀位（X4=1），Y0=0（停止），Y1=1（机械手下降）；t3时刻Y2=1（夹紧）；t4时刻Y1=0，Y3=1（上升）；t5时刻换刀完成，系统复位（X0=0，Y3=0）。六、综合题（1）I/O分配表：输入：X0（SB1，启动按钮）；X1-X3（拨码开关，目标刀位BCD码）；X4-X11（刀位检测传感器，0-7号刀位）；X12（机械手下限行程开关）；X13（机械手上限行程开关）。输出：Y0（刀库正转接触器）；Y1（机械手下降电磁阀）；Y2（夹紧气缸电磁阀）；Y3（机械手上升电磁阀）；Y4（系统复位指示灯）。（2）梯形图：启动逻辑：X0=1时，M0置位，进入选刀状态；刀位检测：比较当前刀位（X4-X11的状态）与目标刀位（X1-X3的值），若不等则Y0=1（正转）；换刀动作：刀位匹配时Y0=0，Y1=1（下降），当X12=1时Y1=0、Y2=1（夹紧