国家开放大学电大专科《数控机床电气控制》2026期末试题及答案

国家开放大学电大专科《数控机床电气控制》2026期末试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.数控机床的核心控制装置是（）。A.伺服驱动系统B.数控装置（CNC）C.位置检测装置D.可编程控制器（PLC）答案：B解析：数控装置是数控机床的"大脑"，负责接收加工程序并完成插补运算与位置控制，伺服驱动、检测装置均在其控制之下。2.在数控机床的伺服系统中，下列哪种电动机最适合作为进给驱动的执行元件？（）A.三相异步电动机B.直流伺服电动机C.交流伺服电动机D.步进电动机答案：C解析：现代数控机床进给系统普遍采用交流伺服电动机，相比步进电机和直流电机，其调速范围宽、过载能力强、动态响应快，配合矢量控制可实现高精度进给。3.光栅尺在数控机床中主要用于（）。A.主轴转速检测B.工作台直线位移检测C.刀具磨损检测D.液压系统压力检测答案：B解析：光栅尺属于位置检测装置，利用莫尔条纹原理测量工作台的实际直线位移，构成全闭环控制。4.在数控机床电气控制系统中，用于实现主轴无级调速的常用方案是（）。A.齿轮变速B.变频器配合交流主轴电动机C.更换带轮D.手动调速答案：B解析：变频调速是交流主轴系统实现宽范围无级调速的主要方式，通过改变定子供电频率来改变同步转速。5.关于数控机床用PLC的说法，下列正确的是（）。A.主要用于数值运算B.主要完成开关量逻辑控制C.只用于主轴转速控制D.无法与CNC装置进行数据交换答案：B解析：数控机床用PLC（PMC）主要用于处理机床的开关量信号，如换刀、冷却、润滑等逻辑控制，并可实现与CNC的数据交换，但对数值运算和伺服控制不直接负责。6.增量式光电编码器输出两路相位差（）的方波信号，用于判别旋转方向。A.0°B.45°C.90°D.180°答案：C解析：增量式编码器的A、B两相输出信号相位差90°，正转时A相超前B相90°，反转时则相反，据此可以判断旋转方向。7.数控机床的"机床参考点"是指（）。A.工件坐标系原点B.刀具长度补偿基准点C.机床一固定极限位置，用于建立机床坐标系D.第一参考点即换刀点答案：C解析：机床参考点是机床上固定的机械点，回参考点操作后数控系统才能确定机床坐标系的原点，是绝对位置检测的基础。8.在数控机床电气控制中，热继电器主要用于（）。A.短路保护B.过载保护C.失压保护D.欠压保护答案：B解析：热继电器利用双金属片受热弯曲的原理实现电动机的长期过载保护，短路保护由熔断器或断路器完成。9.数控机床主轴定向停车的目的是（）。A.节省电能B.便于自动换刀和精加工C.防止主轴过载D.降低噪声答案：B解析：主轴定向准停功能使主轴停止在固定角度位置，是机械手自动换刀的必要条件，也便于镗孔加工后排屑。10.PWM（脉宽调制）调速系统在直流调速中通过改变（）来调节电动机转速。A.电枢回路电阻B.电枢电压的平均值C.励磁磁通D.电枢电流的相位答案：B解析：PWM调速通过改变功率开关管的导通占空比，调节电枢两端电压平均值，从而改变直流电动机转速。11.下列哪个信号不属于数控机床的输入信号？（）A.行程开关状态B.按钮指令C.主轴转速指令D.液压压力继电器状态答案：C解析：主轴转速指令是数控装置输出的控制信号，而行程开关、按钮、压力开关等属于机床侧的输入信号。12.关于交流变频调速中V/f控制，下列叙述正确的是（）。A.只调频不调压B.保持电压与频率比值近似恒定C.保持定子电流恒定D.不需要逆变器答案：B解析：V/f恒定控制目的在于保持气隙磁通近似不变，避免低频时磁通饱和或高频时磁通减弱，是变频器的基本控制方式。13.数控机床闭环控制系统相比开环系统的主要优点是（）。A.结构简单，成本低B.不需位置检测装置C.精度高，抗干扰能力强D.调试方便答案：C解析：闭环系统通过检测实际位置并反馈与指令值比较，消除误差积累，因此精度高；但结构复杂、成本高、调试难度大。14.数控机床电气柜中接入"浪涌吸收器"的主要目的是（）。A.稳压B.吸收感性负载断开时产生的过电压，保护器件C.滤波D.提供备用电源答案：B解析：接触器、继电器线圈等感性元件在断开瞬间产生很高的反向电动势，浪涌吸收器（如RC阻容吸收或压敏电阻）用于吸收该过电压，保护半导体器件。15.某数控系统出现"跟踪误差过大"报警，最可能的原因是（）。A.切削液不足B.进给轴负载过重或位置环增益设置不当C.程序语法错误D.润滑油牌号不对答案：B解析：跟踪误差是指令位置与实际位置的差值，负载过大、加减速过快、位置环增益参数不当都可能导致误差超限报警。二、判断题（每题2分，共20分）1.数控机床的伺服系统接受数控装置发出的速度与位置指令，驱动执行元件实现精确进给。答案：正确2.步进电动机的步距角与转子齿数和拍数无关。答案：错误解析：步距角α=360°Zr⋅K3.感应同步器既可作直线位移检测，也可作角位移检测。答案：正确4.PLC的梯形图中，同一编号的输出继电器线圈可以出现多次。答案：错误解析：同一输出线圈在一个扫描周期内若多处出现，则输出状态以最后执行的指令为准，容易引起逻辑混乱，编程时应避免双线圈输出。5.数控机床回参考点的操作必须在报警解除后进行。答案：正确6.交流伺服电动机的转子转速与旋转磁场的同步转速始终相等。答案：错误解析：交流伺服电动机是异步运行原理，转子转速低于同步转速，转差率s不为零。7.接触器的灭弧装置主要用于熄灭触头分断时产生的电弧。答案：正确8.数控机床的急停按钮按下后，CNC不会断电，但各坐标轴运动与主轴转动都应立即停止。答案：正确解析：急停一般通过硬件回路切断伺服使能与主轴使能，同时向CNC发出急停信号，使运动停止，但控制电源通常保持上电，以便显示报警信息。9.位置检测装置的分辨率越高，数控机床的定位精度就必然越高。答案：错误解析：检测分辨率是影响定位精度的因素之一，但并非唯一因素。机械传动误差、伺服系统动态特性、刚度等同样重要，分辨率高不必然保证精度高。10.数控机床的电气原理图中，所有电器的触头状态都按线圈通电后的状态绘制。答案：错误解析：电气原理图绘制规则规定，所有触头均按线圈未通电（即自然状态）时的位置绘制。三、简答题（每题8分，共24分）1.简述数控机床电气控制系统的基本构成及各部分的主要作用。答案：（1）数控装置（CNC）：接收零件加工程序，完成插补运算与位置控制，是整个系统的控制核心。（2）伺服驱动系统：接受CNC的指令信号，经功率放大后驱动伺服电动机，实现进给运动的速度和位置控制。（3）主轴驱动系统：控制主轴电动机的启停、变速与定向等，满足切削加工对主运动的要求。（4）位置检测装置：检测工作台或主轴的位移与速度，将信号反馈给数控装置构成闭环控制。（5）PLC（PMC）：完成机床的开关量逻辑控制，如换刀、冷却、润滑、排屑等辅助功能。（6）机床电气控制电路：包括电源电路、控制电路、信号照明电路等，负责系统的配电与保护。解析：答出数控装置、伺服系统、主轴系统、检测装置、PLC五个核心部分即可得全分；补充电气控制电路和安全保护环节的也可。2.什么是机床参考点？数控机床为什么要建立机床坐标系？答案：机床参考点是机床上一个固定的机械位置点，通常由挡块和减速开关共同确定。数控系统通过"回参考点"操作，使工作台（或刀架）移动到该固定点，从而确定机床坐标系的原点。建立机床坐标系的意义在于：（1）为刀具运动提供一个统一的、固定的坐标基准，保证重复定位的一致性；（2）为各轴建立绝对位置零点，使加工程序中的坐标值有明确的参照；（3）断电后机床坐标系丢失，重新上电后必须回参考点恢复坐标，才能正确执行程序。解析：本题要求两问都回答。第一问说明参考点的定义与确定方式；第二问从基准、一致性、断电恢复等角度作答。3.简述数控机床采用变频调速时，变频器的主要组成部分及其功能。答案：变频器主要由整流电路、中间滤波电路和逆变电路三部分组成。（1）整流电路：将三相交流电整流为直流电；（2）中间滤波电路：用电容或电感滤除整流输出的纹波，提供平稳的直流电压；（3）逆变电路：通过功率开关器件（IGBT）的通断控制，将直流电变换为频率和电压可调的三相交流电，供给交流主轴电动机，实现无级调速。解析：答出"整流—滤波—逆变"三大环节并说明各自功能即可。可补充控制电路的作用（产生开关触发信号）。四、综合分析题（每题13分，共26分）1.某数控车床X轴出现反向间隙过大，导致加工圆弧和螺纹时出现接刀痕。请分析：（1）什么是反向间隙？（2）反向间隙过大的主要原因有哪些？（3）如何通过电气与参数手段进行补偿？答案：（1）反向间隙是指进给轴由正向运动转换为反向运动时，由于机械传动链（齿轮、丝杠螺母副等）存在间隙，导致工作台实际位移滞后于指令位移的偏差量。（2）主要原因包括：滚珠丝杠螺母副磨损或预紧力不足；轴承间隙变大；联轴器松动；工作台导轨磨损或镶条松动。（3）补偿方法：①测量反向间隙值：使用百分表或激光干涉仪，在正反向趋近同一位置时读取差值；②在CNC参数中设置反向间隙补偿量（通常为μm③对于全闭环系统，还可结合位置环增益调整，改善换向瞬间的动态跟踪性能；④从根本上应检修机械部件，调整丝杠预紧力、更换磨损轴承、紧固联轴器等，减小间隙源。解析：本题三问层层递进。误差补偿只解决"可以测量且基本恒定"的间隙；当间隙随位置变化时，单凭固定补偿不够，需要机械维修。答题时注意体现"测量—设置—验证"的闭环思路。2.下图为某数控机床主轴电气控制的部分梯形图逻辑（以PLC变量表示）：•输入信号：主轴启动按钮SB1，主轴停止按钮SB2，变频器故障信号FAL；•输出信号：主轴正转继电器KM1，主轴反转继电器KM2，故障指示灯HL。控制要求：（1）按下SB1，主轴正转启动并自锁；按下SB2，主轴停止；（2）变频器发生故障时，正反转输出均断开，同时故障指示灯亮；（3）KM1与KM2必须互锁。请写出梯形图对应各输出的逻辑表达式，并说明该梯形图如何实现上述控制要求。答案：设SB1常开触点、SB2常闭触点、FAL为常闭触点（故障时断开），KM1、KM2的常开触点用于自锁，常闭触点用于互锁。逻辑表达式如下：KKH说明：（1）当SB1按下为"1"后，KM1线圈得电，其常开触点闭合完成自锁，即使SB1松开，KM1仍保持得电；（2