2432 数控机床电气控制期末复习指导及答案含平时作业答案解析Word文档格式.docx

2432 数控机床电气控制期末复习指导及答案含平时作业答案解析Word文档格式.docx

《2432 数控机床电气控制期末复习指导及答案含平时作业答案解析Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2432 数控机床电气控制期末复习指导及答案含平时作业答案解析Word文档格式.docx（70页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

11、数控系统除了位置控制功能外，还需要主轴起/停、换刀、冷却液开/停等辅助控制功能。

这部分功能一般由（C）实现。

A、输入/输出装置B、数控装置C、可编程序逻辑控制器PLC

12、（B）是数控系统的核心。

A、输入/输出装置B、数控装置C、进给伺服系统

13、主轴提供切削过程中的转矩和功率，主轴电动机一般使用（B）。

A、直流伺服电动机B、笼型异步电动机C、步进电动机

14、（A）用来检测工作台的实际位移或丝杠的实际转角。

A、位置检侧装置B、进给伺服系统C、数控装置

15、数控系统的干扰一般是指那些与信号无关的，在信号输入、传输和输出过程中出现的一些（C）的有害的电气瞬变现象。

A、可预见B、确定C、不确定

16、（A）是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施。

电网的许多干扰都是通过这条途径对机床起作用的。

A、接地B、电动机C、检侧元件

17、正弦波脉宽调制（SPWM）变频器的工作原理中运用了冲量（窄脉冲的面积）相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果（B）这一采样控制理论重要结论。

A、不同B、基本相同C、无关

18、位置检侧装置按检测量的测量基准，可分为（A）和增量式侧量。

A、绝对式B、直接测量C、回转型

19．（A）一般要在两点间移动的同时进行加工，所以不仅要求有准确的定位功能，还要求从一点到另一点之间按直线规律运动，而且对运动的速度也要进行控制。

A．直线控制的数控机床B．轮廓控制的数控机床C．点位控制的数控机床

20．位置检测元件不直接安装在进给坐标的最终运动部件上，而是中间经过机械传动部件的位置转换（称为问接测量），亦即，坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，这种伺系统称为（B）。

A．开环伺服系统B．半闭环伺服系统C．闭环伺服系统

21．从20世纪80年代后期开始，大量使用交流伺服系统，目前，已基本取代了直流电动机。

在交流伺服系统中，使用（B）用于进给伺服驱动。

A．交流异步伺服电动机B．永磁同步伺服电动机C．步进电动机

22．数控机床的进给运动是（A）由完成的。

A．输入B输出装置C．可编程序控制器

23．（B）是数控系统的核心。

A．进给伺服系统B．数控装置C．进给伺服系统

12．数控系统除了位置控制功能外。

还需要主轴起／停、换刀、冷却液开／停等辅助控制功能。

A．输入／输出装置B数控装置C．可编程序逻辑控制器

24．（A）用来检测工作台的实际位移或丝杠的实际转角。

A．位置检测装置B．进给伺服系统C．数控装置

24．（A）是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施。

A．接地B．电动机C．检测元件

26．如下图，块的“或”操作就是将梯形图中以LD起始的电路块和另外以LD起始的电路块并联起来。

当输入点I0.1与输入点I0.2的状态都为“l”时，输出Q0.0为（A）。

A．“l”B．“0”C．都不是

27．（C）是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的机电执行元件。

A．交流电动机B．直流电动机C．步进电动机

28．（ 

A）是用来频繁地接通或分断带有负载（如电动机）的主电路的自动控制电器，按其主触头通过电流的种类不同，分为交流、直流两种，A接触器 

B继电器C接近开关

29．数控机床操作面板上及机床身上各开关、按钮，主轴正/反转和停止、冷却液的开/关、各坐标轴的点动以及刀架夹盘的夹紧/松开等信号是通过（C）接受并控制的。

A伺服驱动装置B位置检测装置C可编程序控制器

30．（ 

A）的数控系统是以工业PC机作为数控装置的支撑平台，再由各数控机床制造厂根据数控的需要，插入自己的控制卡和数控软件，构成相应的数控装置。

A个人计算机式B专用型结构C 

多微处理器结构 

31．工厂中电火花高频电源等都会产生强烈的电磁波，这种高频辐射能量通过空间的传播，被附近的数控系统所接收。

如果能量足够，就会干扰数控机床的正常工作，这种干扰称为（C）。

A信号传输干扰B供电线路的干扰C电磁波干扰

32．主轴定向控制有机械和电气两种方式，采用（ 

A）作为主轴定向控制可在0°

～360°

间任意定向，例如，执行M19 

S180指令，主轴就停在180°

的位置上。

A编码器B磁性传感器CV形槽定位盘

33．行程为几米到几十米的中型或大型机床中，工作台位移的直线测量大多数采用（C 

）来实现。

A光电编码器B光栅C感应同步器

34．数控机床上用的（ 

C），是利用两个光栅相互重叠时形成的莫尔条纹现象，制成的光电式位移测量装置。

A磁栅B旋转变压器C光栅尺

35．对于PLC，内部标志位（ 

A）可以按位使用，作为控制继电器（又称中间继电器），用来存储中间操作数或其他控制信息。

A用M表示B用I表示 

C用Q表示

36．位置检测装置输出信号的变化量相对于输入信号变化量的比值为（A）。

37．主轴提供切削过程中的转矩和功率，主轴电动机一般使用（B）。

A、直流伺服电动机分B、笼型异步电动机C、步进电动机

二、判断题（对认为正确的题标注“√”，错误标注“×

”）

1、绝对式位置检测是：

每个被测点的位里都从一个固定的零点算起。

（√）

2、数控机床加工精度，在很大程度上取决于数控机床位置检测装置的精度。

3、PLC内部可以看作是由许多“硬继电器”等逻辑部件组成的。

（×

）

4、在光电编码器的里圈里还有一条透光条纹C（零标志刻线），用以每转产生一个脉冲，该脉冲信号又称零标志脉冲，作为测量基准。

（√）

5、主轴定向控制又称主轴准停控制，即当主轴停止时能控制其停在固定位置，对M06和M19指令有效。

6、开环伺服系统即为无位置反馈的系统，其驱动元件主要是步进电动机。

7、继电器的输入信号只能是电流、电压等电学量。

）8、直线型检侧装置有感应同步器、光栅、旋转变压器。

（×

9、数控机床加工精度，在很大程度上取决于数控机床位置检测装置的精度。

10、LD（装载常开触点指令）和LDN（装载常闭触点）指令总是位于一段逻辑的开始。

（ 

√）

11．常用的位移执行机构有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。

12．电器元件布置图是用规定的图形符号，根据原理图，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图。

13．屏蔽技术利用金属材料制成容器，将需要防护的电路或线路包在其中，可以防止电场或磁场的耦合干扰。

（√）

14．直接起动是一种简单、可靠、经济的起动方式，也适合于较大容量（大于l0kW）的电动机。

15．接触器按其主触头通过电流的种类不同，分为交流、直流两种，机床上应用最多的是直流接触器。

20．接近开关多为三线制，三线制接近开关有二根电源线（通常为24V）一根输出线。

21、直线控制数控机床的数控装置只要求能够精确地控制从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而不管是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何加工。

）

22、对于较大容量（大于10KW）的电动机，因起动电流大（可达额定电流的4～7倍），一般采用减压起动方式来降低起动电流。

23、数控系统的很多些功能既能采用软件实现，也可以由硬件实现。

24、标准的感应同步器定尺250mm，尺上是单向、均匀、连续的感应绕组；

滑尺长100mm，尺上只有一组励磁绕组。

×

25、PLC（可编程序控制器）的软件分为系统软件和用户程序两大部分。

系统软件用以控制PLC本身的运作。

用户程序由PLC的使用者编制并输入，用于控制外部被控对象的运行。

三、简答题

1、数控机床控制系统的基本组成包括哪几部分？

答：

数控机床控制系统的基本组成包括输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置、机床电气逻辑控制装置、位置检测装置。

2、简述CNC装置硬件的基本组成。

它一方面具有一般微型计算机的基本结构，如中央处理单元（CPU）、总线、存储器、输入/输出接口等；

另一方面又具有数控机床完成特有功能所需要的功能模块和接口单元，如手动数据输入（MDI）接口、PLC接口、纸带阅读机接口等。

3、何谓绝对式测量和增量式测量，间接测量和直接测量?

绝对式位置检测是：

每个被测点的位置都从一个固定的零点算起；

增量式位置检测是：

只测位移增量，每检测到位置移动一个基本单位时，输出一个脉冲波或正弦波，通过脉冲计数便可得到位移量。

位置检测装置所测量的对象就是被测量本身，叫做直接测量。

采用安装在电机或丝杠轴端的回转型检测元件间接测量机床直线位移的检测方法，叫做间接测量。

4、何谓主轴定向控制？

简述其作用。

主轴定向控制又称主轴准停控制，即当主轴停止时能控制其停在固定位置。

其作用如下。

①刀具交换

在加工中心中，当主轴停转进行刀具交换时，主轴需停在一个固定不变的位置上，从而保证主轴端面上的键也在一个固定的位置，这样，换刀机械手在交换刀具时，能保证刀柄上的键槽对正主轴端面上的定位键。

②镗孔退刀

在精镗孔退刀时，为了避免刀尖划伤已加工表面，采用主轴准停控制，使刀尖停在一个固定位置（X轴或y轴上），以便主轴偏移一定尺寸后，使刀尖离开工件表面进行退刀。

5、正弦波脉宽调制（SPWM）变频器采用的重要理论基础是什么?

在采样控制理论中有一个重要结论，冲量（窄脉冲的面积）相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

电动机就是一个惯性的环节，该结论是SPWM控制的重要理论基础。

6、数控机床对检测装置有哪些基本要求?

1）稳定可靠、抗干扰能力强；

2）满足精度和速度的要求；

3）安装维护方便、成本低廉。

7、数控系统I/O接口电路的主要任务是什么？

1）实现和不同外设的速度匹配。

2）改变数据传送方式。

3）进行电平转换和功率放大。

4）防止干扰

8、步进电动机的转速和转向是如何控制的？

步进电动机受脉冲的控制，其转子的角位移量和转速严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比，改变通电顺序可改变步进电动机的旋转方向；

改变通电频率可改变电动机的转速。

9、电动机起动电流很大，当电动机起动时，热继电器会不会动作？

为什么？

热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器，主要用于电动机或其他负载的过载保护。

　　电动机起动电流很大，但是，当电动机起动时，热继电器不会动作。

因为，热继电器由于热惯性，其双金属片在短时间内不会弯曲，当电路短路时不能立即动作使电路立即断开，因此不能作短路保护。

10、如图所示，说明变频器中的控制电路接线与主电路相交时，如何才能避免主电路对控制电路的干扰？

变频器中的控制电路（其它电器控制电路亦如此）接线要距离电源线至少100rnm以上，两者绝对不可放在同一个导线槽内。

另外，控制电路配线与主电路配线相交时要成直角相交，控制电路的配线应采用屏蔽双绞线。

11、步进电机驱动的环形脉冲分配器有何作用？

它有哪些实现方式？

环形脉冲分配器是用于控制步进电动机的通电方式的，其作用是将CNC装置送来的一系列指令脉冲按照一定的循环规律依次分配给电动机的各相绕组，控制各相绕组的通电和断电。

环形脉冲分配可采用硬件和软件两种方法实现。

12、什么是数控系统的干扰？

影响数控系统的干扰源来自哪几个方面？

数控系统的干扰一般是指那些与信号无关的，在信号输入、传输和输出过程中出现的一些不确定的有害的电气瞬变现象。

这些瞬变现象会使数控系统中的数据在传输过程中发生变化，增大误差，使局部装置或整个系统出现异常情况，引起故障。

影响数控系统的干扰源：

1）电磁波干扰2）供电线路的干扰3）信号传输干扰

四、分析题

1、永磁式同步型交流电动机的工作原理如图1所示，试分析其工作原理，并回答转子磁极轴线与定子磁场轴线θ夹角的大小与什么因素有关？

图1永磁式同步型电动机的工作

交流伺服电动机的转子是一个具有两个极的永磁体（也可以是多极的）。

按照电动机学原理，当同步型电动机的定子三相绕组接通三相交流电源时，就会产生旋转磁场（Ns,Ss）以同步转速ns逆时针方向旋转。

根据两异性磁极相吸的原理，定子磁极Ns（或Ss）紧紧吸住转子，以同步转速ns在空间旋转，即转子和定子磁场同步旋转。

当转子加上负载转矩后，转子磁极轴线将落后定子磁场轴线一个θ夹角。

转子的负载转矩增大时，定子磁极轴线与转子磁极轴线间的夹角θ增大；

当负载转矩减小时θ角减小。

2、三相反应式步进电动机的结构及工作原理如图2所示，请回答步进电动机主要由哪几部分组成；

并简要分析三相反应式步进电动机的工作原理。

1）．它是由转子、定子及定子绕组所组成。

定子上有六个均布的磁极，直径方向相对的两个极上的线圈串联，构成电动机的一相控制绕组。

2）．工作原理：

其定子、转子是用硅钢片等软磁材料制成的，定子上有A、B、C三对磁极，分别绕有A、B、C三相绕组。

三对磁极在空间上相互错开120°

。

转子上有4个齿，无绕组，它在定子磁场中被磁化而呈现极性。

当定子A相绕组通电时，形成以A－A′为轴线的磁场，转子受磁场拉力作用而产生转矩，使转子的1、3齿和定子的A—A’极对齐；

当A相断电、B相绕组通电时，以B－B′为轴线的磁场使转子的2、4齿和定子的B-B′极对齐，转子将在空间逆时针转过30°

角；

当B相断电，C相绕组通电时，以C－C′为轴线的磁场使转子的1、3齿和定子的C－C′极对齐，转子将在空间又逆时针转过30°

角。

如此按A→B→C→A的顺序通电，转子就会不断地按逆时针方向转动；

如按A→C→B→A的顺序通电，转子就会不断地按顺时针方向转动。

从一相通电换到另一相通电，叫一拍；

每一拍转子转动一步，每步转过角度叫步距角，用α表示。

3、增量式光电编码器原理示意如图所示，试分析其进行角度测量的原理。

并回答为什么要用两个光电管进行光信号检测？

增量式光电编码器原理示意图

1.旋转轴2.轴承3.透光狭缝4.光栅盘5.光源6.聚光镜7.光栅板8.光电管

当光电盘随被测工作轴一起转动时，每转过一个缝隙，光电管就会感受到一次光线的明暗变化，使光电管的电阻值改变，这样就把光线的明暗变化转变成电信号的强弱变化，而这个电信号的强弱变化近似于正弦波的信号，经过整形和放大等处理，变换成脉冲信号。

通过计数器计量脉冲的数目，即可测定旋转运动的角位移。

　　用两个光电管进行光信号检测，是为了使光敏元件产生两组电信号，该信号彼此相差90°

相位，用于辨向。

《数控机床电气控制》重难点分析

（1）

1．闭环伺服系统一般由哪两个环组成？

并简述每个环的基本构成。

考核知识点：

闭环伺服系统组成。

在伺服系统位置控制中，来自数控装置插补运算得到的位置指令，与位置检测装置反馈来的机床坐标轴的实际位置相比较，形成位置偏差，经变换为伺服装置提供控制电压，驱动工作台向误差减小的方向移动。

在速度控制中，伺服驱动装置根据速度给定电压和速度检测装置反馈的实际转速对伺服电动机进行控制，以驱动机床进给传动部件。

主要内容：

闭环伺服系统组成

闭环伺服系统的一般由位置环和速度环组成。

速度环速度控制单元由伺服电动机、伺服驱动装置、测速装置及速度反馈组成；

位置环由数控系统中的位置控制、位置检测装置及位置反馈组成。

应注意的问题：

伺服系统的概念，闭环伺服系统和开环伺服系统的区别。

2．电动机起动电流很大，当电动机起动时，热继电器会不会动作？

热继电器功能、组成和工作原理。

当负载电流超过整定电流值并经过一定时间后，发热元件所产生的热量使双金属片受热弯曲，带动动触点与静触点分断，切断电动机的控制回路，使接触器线圈断电释放，从而断开主电路，实现对电动机的过载保护。

由此可见，热继电器由于热惯性，当电路短路时不能立即动作使电路立即断开，因此不能作短路保护。

掌握热继电器工作原理

热继电器主要由双金属片、加热元件、动作机构、触点系统、整定调整装置及温度补偿元件等组成。

如图所示为热继电器的结构示意图。

双金属片由两种膨胀系数不同的金属碾压而成，当双金属片受热膨胀时会弯曲变形。

实际应用时，将双金属片与发热元件串接于电动机的控制电路中。

电源切断后，电流消失，双金属片逐渐冷却，经过一段时间后恢复原状，动触点在失去作用力的情况下，靠自身弹簧的弹性自动复位。

3、分析题

数控机床的基本组成如图A1所示，试分析说明控制系统各部分的作用。

图Al数控机床的基本组成

数控机床控制系统。

数控机床控制系统的组成：

输入／输出装置、数控装置、伺服驱动装置、位置检测装置和机床电气逻辑控制装置。

输入／输出装置：

数控系统中的人机交互设备，它能进行加工数据的输入和输出。

数控装置是数控系统的核心，数控装置实际上就是微型计算机系统。

伺服驱动装置是数控机床的执行机构，是数控系统和机床本体之间的电气联系环节。

位置检测装置用来检测工作台的实际位移或丝杠的实际转角。

机床电气逻辑控制装置对主轴起／停、换刀、冷却液开／停等辅助功能进行控制。

《数控机床电气控制》重难点分析

（2）

中央电大历届考题之重难点

数控机床控制系统及组成。

数控机床控制系统的基本组成包括输人/输出装置、数控装置、伺服驱动装置、机床电气逻辑控制装置、位置检测装置。

2、分析题

永磁式同步型交流电动机的工作原理如图A1所示，试分析其工作原理，并回答转子磁极轴线与定子磁场轴线θ夹角的大小与什么因素有关？

（注：

图略，答案略）

交流伺服系统，永磁式同步型电动机的工作原理。

3、简述直流伺服电动机的工作原理及其换向装置的作用。

直流伺服电动机的工作原理及其换向装置

直流电动机工作原理是建立在电磁力和电磁感应基础上的，是由于带电导体在磁场中受到电磁力的作用。

如图题4所示直流电动机模型，它包括三个部分：

固定的磁极、电枢、换向片与电刷。

当将直流电压加到A、B两电刷之间，电流从A刷流人，从B刷流出，载流导体ab在磁场中受的作用力F按左手定则指向逆时针方向。

同理，载流导体cd受到的作用力也是逆时针方向的。

因此，转子在电磁转矩的作用下逆时针方向旋转起来。

当电枢恰好转过90°

时，电枢线圈处于中性面（此时线圈不切割磁力线），电磁转矩为零。

但由于惯性的作用，电枢将继续转动，当电刷与换向片再次接触时，导体ab和cd交换了位置。

因此，导体ab和cd中的电流方向改变了，这就保证了电枢可以连续转动。

从上面分析可知，要电磁转矩方向不变，导体从N极转到S极时，导体中的电流方向必须相应地改变，换向片与电刷即实现这一任务的机械式“换向装置”。

直流电动机模型

《数控机床电气控制》重难点分析（3）

1．正弦波脉宽调制（SPWM）变频器采用的重要理论基础是什么?

正弦波脉宽调制（SPWM）变频器

正弦波脉宽调制（SPWM）变频器特点：

正弦波脉宽调制（SPWM）变频器结构简单，电网功率因数接近于1，且不受逆变器负载大小的影响，系统动态响应快，输出波形好，使电机可在近似于正弦波的交变电压下运行，脉动转矩小，扩展了调速范围，提高了调速性能，因此，在数控机床的交流驱动中广泛使用。

基本工作原理：

先将50Hz交流电经整流变压器变压得到所需电压，经二极管不可控整流和电容滤波，形成恒定直流电压，而后送入由大功率晶体管构成的逆变器主电路，输出三相电压和频率均可调整的等效于正弦波的脉宽调制波（SPWM波），即可拖动三相电机运转。

2．数控机床对检测装置有哪些基本要求?

数控机床对检测装置的基本要求

数控机床对检测装置的基本要求：

1）稳定可靠、抗干扰能力强。

数控机床的工作环境存在油污、潮湿、灰尘、冲击振动等，检测装置要能够在这样的恶劣环境下工作稳定，并且受环境温度影响小，能够抵抗较强的电磁干扰。

2）满足精度和速度的要求。

为保证数控机床的精度和效率，检测装置必须具有足够的精度和检测速度，位置检测装置分辨率应高于数控机床的分辨率一个数量级。

受机床结