(2025年)數(shù)控機(jī)床電氣控制試題庫及答案一、選擇題（每題2分，共30分）1.數(shù)控機(jī)床中，負(fù)責(zé)將數(shù)控裝置的指令轉(zhuǎn)化為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號的核心部件是（）。A.操作面板B.伺服驅(qū)動(dòng)器C.主軸變頻器D.位置檢測裝置答案：B2.下列關(guān)于數(shù)控機(jī)床PLC控制的描述中，錯(cuò)誤的是（）。A.用于處理開關(guān)量信號B.程序需實(shí)時(shí)響應(yīng)機(jī)床動(dòng)作C.僅控制輔助功能（M、S、T）D.輸入信號包括按鈕、傳感器信號答案：C3.閉環(huán)伺服系統(tǒng)與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的主要區(qū)別在于（）。A.是否包含位置反饋B.反饋元件的安裝位置C.速度控制精度D.是否支持同步控制答案：B4.數(shù)控機(jī)床中，絕對式編碼器的主要優(yōu)勢是（）。A.斷電后位置信息不丟失B.抗干擾能力強(qiáng)C.分辨率更高D.成本更低答案：A5.某數(shù)控系統(tǒng)顯示“2015伺服過載報(bào)警”，可能的原因是（）。A.伺服電機(jī)繞組短路B.系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤C.光柵尺污染D.操作面板按鍵卡阻答案：A6.數(shù)控機(jī)床電氣控制中，熔斷器的主要作用是（）。A.過壓保護(hù)B.短路保護(hù)C.欠壓保護(hù)D.過載保護(hù)答案：B7.下列不屬于數(shù)控系統(tǒng)輸入設(shè)備的是（）。A.手輪B.數(shù)控鍵盤C.伺服驅(qū)動(dòng)器D.磁盤接口答案：C8.數(shù)控機(jī)床主軸定向控制中，常用的檢測元件是（）。A.溫度傳感器B.接近開關(guān)C.壓力傳感器D.加速度傳感器答案：B9.總線型伺服系統(tǒng)（如EtherCAT）相比傳統(tǒng)脈沖型系統(tǒng)的優(yōu)勢是（）。A.抗干擾能力更強(qiáng)B.通信速率更高C.接線更復(fù)雜D.兼容性更差答案：B10.數(shù)控車床刀架換刀時(shí)，PLC需檢測的關(guān)鍵信號不包括（）。A.刀位檢測信號B.液壓壓力信號C.主軸轉(zhuǎn)速信號D.刀架鎖緊信號答案：C11.數(shù)控機(jī)床電源模塊中，整流電路的作用是將（）。A.直流變交流B.交流變直流C.高壓變低壓D.低壓變高壓答案：B12.下列關(guān)于伺服電機(jī)抱閘的描述，正確的是（）。A.通電時(shí)抱閘松開B.斷電時(shí)抱閘松開C.僅用于垂直軸D.與編碼器信號無關(guān)答案：A13.數(shù)控機(jī)床急停電路的設(shè)計(jì)原則是（）。A.串聯(lián)在控制回路中B.并聯(lián)在控制回路中C.僅控制PLC電源D.不影響伺服驅(qū)動(dòng)器供電答案：A14.光柵尺的分辨率為0.001mm，其莫爾條紋的周期與（）直接相關(guān)。A.光柵刻線密度B.光源強(qiáng)度C.讀數(shù)頭尺寸D.安裝方式答案：A15.數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)丟失后，最有效的恢復(fù)方法是（）。A.重新手動(dòng)輸入B.從備份文件導(dǎo)入C.更換系統(tǒng)主板D.調(diào)整硬件連接答案：B二、填空題（每空1分，共30分）1.數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要由數(shù)控裝置、（伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）、（PLC控制單元）、（檢測反饋裝置）和輔助電氣設(shè)備組成。2.伺服系統(tǒng)的“三環(huán)控制”指（電流環(huán)）、（速度環(huán)）和（位置環(huán)）。3.數(shù)控機(jī)床PLC的輸入信號分為（機(jī)床上的操作信號）和（檢測信號），輸出信號主要控制（執(zhí)行元件）如接觸器、電磁閥等。4.絕對式編碼器通過（碼盤的絕對位置編碼）實(shí)現(xiàn)位置檢測，增量式編碼器通過（脈沖計(jì)數(shù)）計(jì)算位移。5.數(shù)控系統(tǒng)電源模塊的常見保護(hù)功能包括（過壓保護(hù)）、（欠壓保護(hù)）、（過流保護(hù)）和（短路保護(hù)）。6.主軸變頻器的控制方式有（V/F控制）、（矢量控制）和（直接轉(zhuǎn)矩控制），其中（矢量控制）可實(shí)現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制。7.數(shù)控機(jī)床常用的位置檢測裝置有（光柵尺）、（編碼器）、（旋轉(zhuǎn)變壓器）等，其中（光柵尺）多用于直線位移檢測。8.刀庫換刀流程中，PLC需依次執(zhí)行（刀庫定位）、（刀具松刀）、（機(jī)械手換刀）、（刀具緊刀）和（刀庫復(fù)位）等邏輯。9.伺服驅(qū)動(dòng)器的報(bào)警代碼通常包含（故障類型）、（故障位置）和（故障等級）信息，可通過（系統(tǒng)診斷界面）查詢具體含義。10.數(shù)控機(jī)床接地分為（保護(hù)接地）和（信號接地），其中（保護(hù)接地）用于防止設(shè)備漏電傷人。三、判斷題（每題2分，共20分）1.數(shù)控機(jī)床PLC程序需要根據(jù)加工工藝實(shí)時(shí)修改，因此需頻繁下載到PLC中。（×）2.半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋來自電機(jī)軸端編碼器，因此無法檢測機(jī)械傳動(dòng)誤差。（√）3.數(shù)控系統(tǒng)的電源模塊可直接將220V交流電轉(zhuǎn)換為伺服驅(qū)動(dòng)器所需的380V直流電。（×）4.光柵尺屬于增量式檢測裝置，斷電后需重新回參考點(diǎn)。（×）5.主軸定向控制僅在加工中心換刀時(shí)使用，數(shù)控車床無需此功能。（×）6.伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速越高，其最高進(jìn)給速度一定越大。（×）7.急停電路應(yīng)設(shè)計(jì)為常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，確保按下急停時(shí)控制回路斷開。（√）8.數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)中的“電子齒輪比”用于匹配編碼器分辨率與機(jī)床位移單位。（√）9.刀架換刀時(shí)，若刀位檢測信號丟失，PLC會(huì)持續(xù)發(fā)送轉(zhuǎn)位指令直至檢測到正確刀位。（√）10.總線型伺服系統(tǒng)的通信協(xié)議（如PROFINET）需與數(shù)控系統(tǒng)兼容，否則無法正常通信。（√）四、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述PLC在數(shù)控機(jī)床中的具體應(yīng)用場景。答：PLC在數(shù)控機(jī)床中主要處理開關(guān)量控制，具體包括：①輔助功能控制（如M代碼控制冷卻液啟停、主軸正反轉(zhuǎn)；S代碼控制主軸轉(zhuǎn)速換擋；T代碼控制刀庫選刀）；②操作信號處理（如操作面板按鈕、手輪信號輸入）；③狀態(tài)檢測（如刀架鎖緊、液壓/氣壓壓力、門開關(guān)狀態(tài)檢測）；④安全互鎖（如主軸未停轉(zhuǎn)禁止換刀、急停觸發(fā)時(shí)切斷所有執(zhí)行元件電源）。2.伺服系統(tǒng)的三環(huán)控制分別是什么？各環(huán)的作用是什么？答：三環(huán)控制包括電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。①電流環(huán)：最內(nèi)環(huán)，通過檢測電機(jī)電流實(shí)時(shí)調(diào)整逆變器輸出，控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，響應(yīng)時(shí)間最短（毫秒級）；②速度環(huán)：中間環(huán)，根據(jù)位置環(huán)輸出的速度指令與編碼器反饋的實(shí)際速度差值，調(diào)整電流環(huán)給定，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；③位置環(huán)：最外環(huán)，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的位置指令與位置檢測裝置的反饋值差值，輸出速度指令給速度環(huán)，控制電機(jī)位移精度。3.數(shù)控系統(tǒng)電源模塊的主要功能及常見保護(hù)措施有哪些？答：主要功能：將外部交流電（如380V/220V）轉(zhuǎn)換為數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)器、PLC等所需的直流電壓（如24V、5V、310V）。保護(hù)措施：①過壓保護(hù)（電壓超過閾值時(shí)切斷輸入）；②欠壓保護(hù)（電壓低于閾值時(shí)報(bào)警并停機(jī)）；③過流保護(hù)（電流超過額定值時(shí)熔斷或關(guān)斷）；④短路保護(hù)（檢測到輸出短路時(shí)快速關(guān)斷）；⑤浪涌保護(hù)（通過壓敏電阻抑制電網(wǎng)瞬間高壓）。4.編碼器與光柵尺的區(qū)別及適用場景是什么？答：區(qū)別：①檢測對象：編碼器檢測旋轉(zhuǎn)位移（電機(jī)軸或絲杠），光柵尺檢測直線位移（機(jī)床導(dǎo)軌）；②類型：編碼器分絕對式和增量式，光柵尺多為增量式（部分高精度為絕對式）；③精度：光柵尺分辨率更高（可達(dá)0.1μm），編碼器一般為0.1μm~1μm；④安裝：編碼器集成于電機(jī)或絲杠端，光柵尺需安裝在機(jī)床移動(dòng)部件與固定部件間。適用場景：編碼器用于半閉環(huán)系統(tǒng)（如數(shù)控車床進(jìn)給軸），光柵尺用于閉環(huán)系統(tǒng)（如加工中心高精度直線軸）。5.簡述數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷的一般步驟。答：①故障信息收集：記錄系統(tǒng)報(bào)警代碼、故障現(xiàn)象（如坐標(biāo)軸不移動(dòng)、主軸不啟動(dòng)）、操作歷史（如是否修改過參數(shù)、是否碰撞過）；②邏輯分析：根據(jù)電氣原理圖，確定故障關(guān)聯(lián)模塊（如伺服驅(qū)動(dòng)器、PLC輸出、電機(jī)）；③分階排查：先檢查外部條件（如電源電壓、保險(xiǎn)是否熔斷、接線是否松動(dòng)），再檢測控制信號（如PLC輸出點(diǎn)是否有24V、伺服使能信號是否正常），最后測試執(zhí)行元件（如電機(jī)繞組電阻、驅(qū)動(dòng)器輸出波形）；④替換驗(yàn)證：對懷疑部件（如驅(qū)動(dòng)器、編碼器）進(jìn)行同型號替換，確認(rèn)是否為硬件故障；⑤參數(shù)核對：檢查相關(guān)參數(shù)（如電子齒輪比、伺服增益）是否被誤修改；⑥總結(jié)記錄：故障原因及解決方法存入維修檔案，便于后續(xù)參考。五、綜合題（共30分）1.設(shè)計(jì)一個(gè)刀庫換刀的PLC控制流程（8分）。要求：①列出主要輸入/輸出信號；②繪制簡化梯形圖邏輯（文字描述關(guān)鍵步驟）。答：輸入信號：刀位檢測傳感器（X0~X7，8個(gè)刀位）、刀架鎖緊傳感器（X8，常閉，鎖緊時(shí)斷開）、換刀啟動(dòng)按鈕（X9）、急停信號（X10，常閉）。輸出信號：刀庫正轉(zhuǎn)繼電器（Y0）、刀庫反轉(zhuǎn)繼電器（Y1）、松刀電磁閥（Y2）、緊刀電磁閥（Y3）、換刀完成指示燈（Y4）。梯形圖邏輯：-當(dāng)X9（換刀啟動(dòng)）閉合且X10（急停）未觸發(fā)時(shí)，首先檢查X8（刀架未鎖緊）→若X8閉合（未鎖緊），輸出Y2（松刀），延時(shí)2秒待刀具松開；-讀取當(dāng)前刀位（如X3=1，當(dāng)前3號刀），比較目標(biāo)刀位（如5號刀），若目標(biāo)刀位>當(dāng)前刀位，Y0（正轉(zhuǎn)）置1，刀庫正轉(zhuǎn)；若目標(biāo)<當(dāng)前，Y1（反轉(zhuǎn)）置1；-刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)檢測刀位信號，當(dāng)檢測到目標(biāo)刀位（如X5=1）時(shí)，Y0/Y1斷開，刀庫停止；-輸出Y3（緊刀），延時(shí)3秒待刀具鎖緊，此時(shí)X8斷開（鎖緊完成）；-輸出Y4（換刀完成指示燈），流程結(jié)束。2.某數(shù)控銑床Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器顯示“AL-23過載報(bào)警”，請分析可能原因及排查步驟（10分）。答：可能原因：①機(jī)械負(fù)載過大（如導(dǎo)軌潤滑不良、絲杠卡阻、配重失效）；②伺服電機(jī)故障（繞組短路、軸承損壞）；③驅(qū)動(dòng)器故障（IGBT模塊損壞、電流檢測電路異常）；④參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤（如剛性過大、負(fù)載慣量比設(shè)置不當(dāng)）；⑤外部電源問題（電壓波動(dòng)大、線路接觸不良導(dǎo)致電流異常）。排查步驟：①檢查機(jī)械部分：手動(dòng)盤動(dòng)Z軸，感受阻力是否均勻，檢查導(dǎo)軌潤滑油量、絲杠螺母間隙，測試配重是否有效（斷電后手動(dòng)移動(dòng)軸，觀察是否省力）；②檢測電機(jī)：用萬用表測量三相繞組電阻（應(yīng)平衡，約幾歐姆），用兆歐表檢測絕緣電阻（≥10MΩ），手轉(zhuǎn)電機(jī)軸是否順暢（無卡阻、異響）；③測試驅(qū)動(dòng)器：斷開電機(jī)，空載啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，觀察是否仍報(bào)警（若報(bào)警，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部故障；若不報(bào)警，故障在電機(jī)或機(jī)械）；④檢查參數(shù)：核對“負(fù)載慣量比”“轉(zhuǎn)矩限制”“電流上限”等參數(shù)是否符合電機(jī)規(guī)格；⑤排查電源：用萬用表檢測驅(qū)動(dòng)器輸入電壓（380V±10%），檢查主回路接線端子是否松動(dòng)、銅排是否氧化；⑥替換驗(yàn)證：更換同型號驅(qū)動(dòng)器或電機(jī)，確認(rèn)故障點(diǎn)。3.設(shè)計(jì)數(shù)控車床主軸正反轉(zhuǎn)的電氣控制電路（12分）。要求：①繪制主電路（包含斷路器、接觸器、熱繼電器、主軸電機(jī)）；②繪制控制電路（包含PLC輸出、急停、正反轉(zhuǎn)按鈕、互鎖）；③標(biāo)注關(guān)鍵元件型號（示例：斷路器QF1：NSX100N/3P32A）。答：主電路設(shè)計(jì)：-電源輸入：三相380VAC；-保護(hù)元件：斷路器QF1（NSX100N/3P32A，短路保護(hù)）、熔斷器FU1~FU3（RT28-32/16A，電機(jī)缺相保護(hù)）；-執(zhí)行元件：交流接觸器KM1（正轉(zhuǎn)，LC1-D32M7C）、KM2（反轉(zhuǎn)，LC1-D32M7C）、熱繼電器FR（LR2-D1330，整定電流15A，過載保護(hù)）；-電機(jī)：主軸電機(jī)M（Y160M-4，11kW，額定電流22.6A）。主電路連接：QF1輸入端接電網(wǎng)，輸出端接FU1~FU3，F(xiàn)U輸出端接KM1、KM2主觸點(diǎn)上端，KM1、KM2主觸點(diǎn)下端接FR輸入端，F(xiàn)R輸出端接電機(jī)M?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)：-電源：24VDC（由開關(guān)電源SP1提供，S-100-24）；-輸入信號：急停按鈕SB0（常閉，X0）、正轉(zhuǎn)按鈕SB1（常開，X1）、反轉(zhuǎn)按鈕SB2（常開，X2）、主軸過載信號（FR常閉觸點(diǎn)，X3）；-輸出信號：正轉(zhuǎn)接觸器線圈KM1（Y0）、反轉(zhuǎn)接觸器線圈KM2（Y1）、主軸運(yùn)行指示