08数控机床电气控制题库

《数控机床电气控制与PLC》练习题

适用班级：2009级数控技术1~4班

第一章绪论

一、填空题

1、数控机床自诞生至今50多年来，其核心数控系统的发展经历了数控阶段和计算机数控阶段。

2、在数控机床上产生低速爬行主要是因机床导轨与工作台之间的摩擦力而引起的。

3、失动是由于伺服驱动系统滚珠丝杠与螺母的间隙、传动链的扭转或者构件的挠曲等因素引起的。

4、在应用上，摩擦力分成三类：粘性摩擦力、库仑摩擦力和静摩擦力。

二、选择题

1.下列关于世界第一台数控机床的描述正确的是（B ）

A)1946年在美国研制成功B)它是一台3坐标数控铣床

C)用它来加工直升机叶片D)它用晶闸管-直流电机驱动

第二章数控机床电气控制基础知识

一、填空题

1、低压断路器是将控制和保护的功能合为一体的电器。

2、低压断路器常作为不频繁接通和断开的电路总电源开关或者部分电路的电源开关，常见的形式有塑料外壳式断路器、小型断路器。

3、接触器由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其他部件四部分组成。

4、小型断路器主要用于照明配电系统和控制回路。

5、使用低压断路器实现短路保护比使用熔断器优越。

6、接触器是一种用来频繁接通或分断电路带有负载的自动控制电器。

7、接触器按其主触点通过电流的种类不同，分为直流、交流两种。

8、继电器是一种根据输入信号的变化接通或断开控制电路的电器。

9、继电器常见的类型有电磁式继电器、时间继电器、热继电器、固态继电器等。

10、时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器。

11、固态继电器是一种带光电隔离器的无触点开关。

12、在选择变压器的时候，根据设备的需要，变压器有标准和非标准两种。

13、在数控机床中三相变压器主要是给伺服驱动系统供电。

14、数控机床主要使用开关电源和一体化电源。

15、绘制电气原理图时，一般分为主电路和辅助电路两部分画出。

16、熔断器主要由熔断体和熔座两部分组成。

17、熔断体是一次性使用元件，熔断后，再次工作必须更换。

18、数控机床上主要使用3种类型的导线：动力线、控制线、信号线。

二、选择题

1、（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D按钮

2、下列哪个电气图形文字符号是直流稳压电源的电气图形文字符号。（A ）

A B C D

三、判断题

1、低压断路器的额定电流和额定电压应小于或等于设备的正常工作电压和工作电流。（×）

2、低压断路器的极限通断能力就大于或等于电路的最大短路电流。（√）

3、数控机床中一般采用时间继电器来进行时间控制。（×）

4、在电动机启动短时间短路时，热继电器不会动作。（√）

5、继电器的触点额定电压应大于或等于被控制电路的电压。（√）

6、热继电器是一种利用电流的磁效应工作的保护电器。（×）

7、直流稳压电源的功能是将非稳定交流电源变成稳定直流电源。（√）

8、行程开关是根据运动部件位置而切换电路的自动控制电器。（√）

9、行程开关、限位开关和终端开关不是同一种开关。（×）

10、急停和应急断开操作按钮应使用绿色。（×）

四、简答题

1、为什么说低压断路器短路保护要比使用熔断器优越？

使用低压断路器实现短路保护要比使用熔断器优越。因为当电路短路时，若采用熔断器保护。很有可能只有一相电源的熔断器熔断，造成缺相运行。对于低压断路器来说．只要短路都会使开关跳闸．将三相电源同时切断。

2、中间继电器的主要用途是什么？

中间继电器主要用途是当其他继电器的触点数或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触点数或触点容量，起到中间转换的作用。

3、机床控制变压器的用途是什么？

数控机床中控制变压器常作为各类机床、机械设备中一般电器的控制电源和步进驱动器、局部照明及指示灯的电源。

4、导线和电缆的载流容量由哪两个因素来确定？

导线和电缆的载流容量由下面两个因素来确定。

——正常条件下，通过最大的稳态电流或间歇负载的热等效均方根值电流时导线的最高允许温度；

——短路条件下，允许的短时极限温度。

5、热继电器和熔断器保护功能有什么不同之处?

热继电器是利用测量元件被加热到一定程度而动作的一种继电器，它在电路中用做电动机或负载的过载和断相保护。熔断器是低压线路及电动机控制电路中起短路保护作用的电器。

6、常开触点串联或并联，在电路中起什么样的控制作用？常闭触点串联或并联，起什么控制作用？

常开触点串联起“与”的作用，常开触点并联起“或”的作用。

常闭触点串联起“或非”的作用，常闭触点并联起“与非”的作用。

7、画出热继电器的图形及文字符号。

8、什么是全压启动？有何优缺点？

答：利用闸刀开关或接触器直接把电动机接到电网上(380V)

优点：起动设备简单，成本低，起动时间短，起动方便可靠。缺点：起动电流大，对电动机和电网有一定的冲击。

五、分析题

1、分析如图所示带自锁的三相异步电动机单向运转控制

电路，试说明该电路是如何实现自锁的。

按下启动按钮SB2，KM线圈通电，其常开主触点闭合，

电动机M接通电源启动。同时，与启动按钮并联的KM常开

触点也闭合。当松开SB2时，KM线圈通过其自身常开辅助

触点继续保持通电状态，从而保证了电动机连续运行。

2、线圈电压为220V的交流接触器，误接入380V交流电源上会发生什么问题?为什么？

工作一两分钟后线圈烧毁。接入380V的电压远远超过它的额定电压220V，线圈电流将大增，线圈迅速发热最终就是烧毁了。

3、请将下面Y－Δ降压启动的主电路连接完整。

第三章数控系统基本知识

一、填空题：

1、数控系统操作面板一般分三个区域：显示区、NC键盘区、机床控制面板区。

2、操作面板是操作人员与机床数控系统进行信息交流的工具。

3、伺服单元和进给装置合称为进给伺服驱动系统。

4、输入输出装置是将程序载体上的数控代码变成相应的数控信号，传送并存入数控装置内。

二、选择

1、数控程序中M指令、S指令、T指令等是由数控系统的（D ）部分完成的。

A CNC装置

B 伺服单元

C 驱动装置

D PLC装置

2、在数控系统中，（A ）是核心部分。

A CNC装置

B 伺服单元

C 驱动装置

D 机床本体

3、（B ）是数控装置与机床本体的联系环节。

A CNC装置

B 伺服单元

C 驱动装置

D PLC装置

三、判断

1、输入输出装置是将程序载体上的数控代码变成相应的数控信号，传送并存入数控装置内。（Y）

2、CNC装置根据输入的加工程序进行运动轨迹处理和机床输入信号的处理，然后输出控制命令到相应执行部件。（Y）

3、伺服单元分为主轴伺服和进给伺服，分别用来控制主轴电机和进给电机。（Y）

4、伺服单元和进给驱动装置合称为进给伺服驱动系统。（Y）

5、PLC是可编程逻辑控制器，用来执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令。（Y）

6、直线切削数控系统只控制机床移动部件的终点位置，而不管移动所走的轨迹如何。（X）

7、操作面板是操作人员与机床数控系统进行信息交流的工具。（Y）

8、高档型数控系统一般是开环控制。（X）

9、经济型数控系统一般为闭环控制。（X）

10、华中数控接口代号XS9是主轴控制接口。（Y）

四、简答

1、计算机数控(CNC)系统由哪几部分组成？

计算机数控(CNC)系统由操作面板、输入/输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、伺服单元、驱动装置、可编程逻辑控制器（PLC）及机床本体组成。

2、试述数控机床按其功能可分为哪几类。

按数控系统的功能水平，数控系统可以分为经济型(低档型)、普及型(中档型)和高性能(高档型)三类数控系统，这种分类没有明确的定义和确切的界限，通常可用下述指标作为评价数控系统档次的参考条件:主CPU档次、分辨率和进给速度的高低、联动轴数的多少、伺服水平、通信功能、人机界面等。

3、数控系统接口电路的主要任务是什么？

数控装置与数控系统各个功能模块和机床之间的联系信息和控制信息，不能直接连接，必须通过1/0接口电路连接起来，接口电路的主要任务：

（1）进行电平转换和功率放大。因为一般数控装置的信号是TTL逻辑电路产生的电平，而控制机床的信号则不一定是TTL电平，且负载较大，因此，要进行必要的信号电平转换和功率放大。

（2）提高数控装置的抗干扰性能，防止外界的电磁干扰噪声而引起误动作。接口采用了光电耦合器件或继电器，避免信号的直接连接。

（3）输入接口接收机床操作面板的各开关信号、按钮信号、机床上的各种限位开关信号及数控系统各个功能模块的运行状态信号，若输入的是触点输入信号，要消除其振动。

（4）输出接口是将各种机床工作状态灯的信息送到机床操作面板上显示，将控制机床辅助动作信号送到电柜，从而控制机床主轴单元、刀库单元、液压单元、冷却单元等的继电器的接口及连接。

4、数控系统如何按工艺用途来分类？

（1）切削加工类机床数控系统：如数控车床、数控铣床、加工中心。

（2）成型加工类机床数控系统：数控折弯机、数控弯管机。

（3）特种加工类机床数控系统：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。

（4）其他类型数控系统：数控装配机、数控测量机、数控机器人等。

5、数控系统按机床的运动轨迹如何分类？

（1）点位控制数控系统

（2）直线切削数控系统

（3）连续切削数控系统

第四章数控系统进给驱动系统

一、填空题：

1、数控装置所发出的控制指令，是通过进给系统驱动机械执行部件，最终实现机床精确的进给运动。

2、调速范围是指进给电动机提供的最低转速和最高转速之比。

3、进给驱动系统按有无检测元件和反馈环节，可以分为开环、闭环控制两类。

4、步进电动机驱动系统选用功率型步进电动机作为驱动元件，它主要有反应式和混合式两类。

5、交流伺服电动机有交流同步电动机与异步电动机两大类。

6、永磁式同步电动机主要由三部分组成，即定子、转子和检测元件。

7、闭环控制一般采用伺服电动机作为驱动元件，根据位置检测元件所在数控机床中的不同位置，它可以分为半闭环、全闭环和混合闭环三种。

8、混合闭环方式适用于重型、超重型数控机床，因为这些机床的移动部件很重，设计时提高刚性较困难。

9、进给驱动系统的执行元件可以是步进电动机、直流电动机，也可以是交流电动机。

10、进给驱动装置的电源一般分为动力电源和逻辑电路电源。

11、光栅主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。

12、从位移量种类看，光栅为直线光栅和圆光栅。

13、进给传动系统能将电动机的旋转运动转换为机床工作台的直线进给运动。

14、导轨是用来支承和引导运动部件沿着直线或圆周方向准确运动。

15、按导轨工作面的摩擦性质，导轨可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。

二、判断题

1、进给驱动系统采用步进电动机作为执行元件是通常是开环控制。（Y）

2、驱动装置能接收CNC等发出的指令，经过功率放大后，驱动电动机旋转。（Y）

3、进给驱动系统的传动机构主要是指减速装置和机床本体。（X）

4、步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的电磁机械装置。（Y）

5、步进电动机主要应用于经济型数控机床和高档数控机床。（X）

6、目前数控机床上进给系统应用最多的是永磁式步进电动机。（Y）

7、步进电动机主要是由转子和定子组成。（Y）

8、步进电动机的转速与输入脉冲频率成反比。（X）

9、步进电动机存在相邻误差，会产生累积误差。（X）

10、步进电动机驱动器通常由环形脉冲分配器及功率放大器组成。（Y）

三、选择题

1、进给驱动装置的接口中能提供电源的接口是（B）

A指令接口B电源接口C控制接口D状态接口

2、利用光电原理把机械角位移变换成电脉冲信号的是（C）

A旋转变压器B 感应同步器C光电编码器D磁栅尺

3、利用电磁感应原理的模拟式角度测量元件是（D）

A感应同步器B光电编码器C磁栅尺D旋转变压器

四、简答

1、什么是进给驱动系统？

数控装置所发出的控制指令，是通过进给驱动系统来驱动机械执行部件，最终实现机床精确的进给运动。数控机床的进给驱动系统是一种位置随动与定位系统，它的作用是快速、准确地执行由数控装置发出的运动命令，精确地控制机床进给传动链的坐标运动。它的性能指标决定了数控机床的许多性能指标，如最高移动速度、轮廓跟随精度、定位精度等。

2、与直流电动机相比，交流伺服电动机有哪些优点？

由于直流伺服电动机使用机械(电刷、换向器)换向，因此存在许多缺点。而直流伺服电动机优良的调速特性正是通过机械换向得到的，因而这些缺点是无法克服的。进人20世纪80年代以后，由于交流伺服电动机的材料、结构以及控制理论与方法的突破性进展和微电子技术、功率半导体器件的发展，使交流驱动装置发展很快，目前巳逐渐取代了直流伺服电动机。交流伺服电动机与直流伺服电动机相比最大的优点在于它不需要维护，制造简单，适合于在恶劣环境下工作。

3、进给驱动装置主要有哪些指令接口类型？

进给驱动装置主要有电源接口、指令接口、控制接口、状态与安全报警接口、通信接口、反馈接口及电动机电源接口。

4、数控机床系统中常用的检测装置有哪些?

数控机床系统中常用的检测装置有感应同步器，光栅位置检测装置，光电脉冲编码器，旋转变压器，磁尺（磁栅）位置检测装置。

5、数控机床的进给传动系统主要有哪几部分组成？

传动系统主要的3个组成部分：

（1）减速(变速)机构

减速机构主要适用于负载惯量较小，对速度有较高要求的场合。

（2）滚珠丝杠螺母副

在数控机床的进给传动链中，将旋转运动转换为直线运动的方法很多，但滚珠丝杠螺母副传动采用的最为普遍，这是由滚珠丝杠螺母副本身的诸多优点所决定的。

（3）导轨

导轨是用来支承和引导运动部件沿着直线或圆周方向准确运动，它分为与支承件连成一体固定不动的静导轨和与运动部件连成一体的动导轨。导轨是机床进给传动系统的基本结构要素之一。

第五章数控机床主轴控制系统

一、填空题

1、机床主轴的工作运动通常是旋转运动。

2、主轴变速分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式。

3、主轴的有级变速仅用于经济型数控机床，大多数数控机床采用无级变速或分段无级变速。

4、在无级变速中，变频调整一般用于普及型数控机床，交流伺服主轴则用于中、高档数控机床。

5、具有四象限驱动能力是指主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制。

6、三相笼型感应电动机的启动方式有直接启动和降压启动两种。

7、通常容量小于11kw的笼型电动机可采用直接启动。

8、三相笼型感应电动机的制动分为机械制动和电制动两种。

9、三相笼型感应电动机的电制动方法有反接制动、直流制动、电容制动及双流制动。

10、普通主轴的调速只能通过改变齿轮变速箱的传动比来改变主轴的转速。

11、数控机床的主轴系统是指主轴电动机至主轴的运动传动系统。

12、高速切削一般采用内装电动机的主轴（简称电主轴），即主轴与电动机转子合为一体。

13、加工中心的主轴定向方法有机械式和电气式两种。

二、选择

1、普通笼型异步电动机通常采用的调速方式为（C）

A变频器B伺服电动机C齿轮箱变速D电主轴

2、电主轴的转速一般要求在（A）r/min以上。

A 10 000

B 1 000

C 2 000

D 3 000

三、判断

1、电动机正反转控制电路必须有互锁，使得换向时不发生短路。（Y）

2、普通主轴的主电路应设隔离开关、短路保护、过载保护等。（Y）

3、三相感应电动机反接制动时可用速度继电器控制，但绝不允许采用时限方式限制（Y）

4、反接制动时，旋转磁场的相对速度很大，定子电流很大，因此制动效果不明显。（X）

5、数控机床的主轴驱动系统包括主轴驱动器和主轴电动机。（Y）

6、早期的数控机床多采用直流主轴驱动系统。（Y）

7、现代数控机床绝大多数采用交流主轴驱动系统。（Y）

8、三相笼型感应电动机又称三相气气鼠笼式感应电动机。（Y）

9、根据感应电动机的转速公式，只有改变电源频率才能获得平滑的无级调速特性。（Y）

10、感应电动机又称为同步电动机。（X）

11、对于较大容量（大于10KW）的电动机，因启动电流大（可达额定电流的4～7倍），一般采用减压启动方式来降低启动电流。（Y）

四、简答

1、数控机床对主轴传动系统有哪些要求?

（1）调速范围宽

为保证加工时选用合适的切削用量，以获得最佳的生产率、加工精度和表面质量，特别对于具有自动换刀功能的数控加工中心，为适应各种刀具、工序和材料的加工要求，对主轴的调速范围提出了更高的要求，要求主轴能在较宽的转速范围内根据数控系统的指令自动实现无级调速，并减少中间传动环节。

（2）恒功率范围要宽

要求主轴在调速范围内均能提供所需的切削功率，并尽可能在调速范围内提供主轴电动机的最大功率。

（3）具有四象限驱动能力

要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短。

（4）具有位置控制能力

即进给功能(C轴功能)和定向功能(准停功能)，以满足加工中心自动换刀、刚性攻丝、螺纹切削以及车削中心的某些加工工艺的需要。

2、三相笼型感应电动机为什么要降压启动？常用的降压启动的方法有哪几种？

三相笼型感应电动机直接启动简便、经济，但直接启动时的启动电流是额定电流的4 ~ 7倍，过大的启动电流会造成电网电压明显下降，直接影响在同一电网工作的其他负载设备的正常工作，所以直接启动时，电动机的容量受到一定限制。通常容量小于11KW的笼型电动机可采用直接启动。当电动机容量较大时，则采用降压启动。有时为了减小或限制启动时对机械设备的冲击，即使是容量较小的电动机，也要求采用降压启动。

三相笼型感应电动机降压启动方法有：定子串电阻或电抗器降压启动、自耦变压器降压启动、星一三角形降压启动、延边三角形降压启动等。

3、三相笼型感应电动机电制动的方法有哪些?

电制动是使电动机工作在制动状态，即使电动机电磁转矩方向与电动机旋转方向相反，起制动作用。三相笼型感应电动机电制动方法有反接制动、直流制动、电容制动及双流制动等。

4、三相笼型感应电动机正反转控制电路为什么要进行电气互锁?

三相笼型感应电动机正反转控制电路必须进行电气互锁，使得换向时不发生断路，以保证正常工作。

5、为什么三相笼型感应电动机也称异步电动机?

因为三相笼型感应电动机的转子转速总要滞后于定子旋转磁场转速，所以称其为异步电动机。

6、相对于进给驱动装置，主轴驱动装置的接口有什么特点？

相对于进给驱动装置的接口，主轴驱动装置有如下特点：

（1）输入电源。一般采用交流电源供电，电源的范围包括三相460V、400V、380V、230V等，或在较大范围内可调。为了实现大功率输出，一般不低于230V的三相交流电源。变频器电源电压范围比较宽，如交流230V～400V，进给驱动电源一般是要求固定的。

（2）电动机指令。进给电动机主要用于位置控制，因此进给驱动一般都具备和采用脉冲作为指令输入，控制电动机的旋转速度和方向，不提供单独的开关量接口控制电动机的旋转方向。而主轴电动机主要用于速度控制，因此主轴驱动装置一般都具备和采用0～10V模拟电压作为速度指令，由开关量控制旋转方向。而不是提供脉冲指令接口。

（3）驱动装置及电动机运行状态控制。主轴驱动装置都提供电动机正/反转的开关量接口，而进给驱动装置一般不提供。主轴一般都提供单极性模拟电压信号，进给驱动装置的模拟控制接口多为双极性的。

对于一些主轴伺服单元，还有位置控制模式，而进给驱动装置始终工作在位置控制模式下。

（4）反馈接口由于主轴对位置控制的精度要求不高，因此对与位置控制的精度密切相关的反馈装置要求也不高。而进给驱动装置要求就比较高。

7、主轴为何需要定向？

8、主轴为什么要有进给功能？

第六章数控机床PLC控制

一、填空题：

1、PLC从数控机床应用的角度分为两类：内装型、独立型。

2、内装型PLC实际上是CNC装置带有PLC功能。

3、独立型PlC一般采用积木式模块结构或插板式结构。

4、PLC对用户程序的执行一般有循环扫描和定时扫描两种。

5、PLC编程语言中，梯形图和语句表是最常用的编程语言。

6、采用语句表编程的PLC的指令各有不同，一般包括两种指令：基本指令和功能指令。

7、机床所受控制的部分可以为两类，一类是数字控制，另一类是顺序控制。

8、数控机床从结构上看通常可分为三部分：CNC系统、机床电气和机床本体。

9、数控机床PLC的接口信息主要包括硬件电气接口信息和软件寄存器接口信息。

10、在讨论PLC时，常以PLC为界把数控机床分为CNC侧和MT侧。

11、PLC的电气接口从信号的流向来看分为输入接口和输出接口。

12、PLC的电气接口一般有开关量输入接口、开关量输出接口和模拟量输出接口。

13、程序设计是PLC应用中最关键的问题。

二、选择

三、判断

1、硬件电气信息是指PLC与数控装置、机床及机床电气设备之间的电气连接部分。（Y）

2、软件寄存器是指PLC为了运算和实现某些特殊功能面的需要。（Y）

3、CNC处于PLC与MT之间，并对CNC和MT的输入、输出信号进行处理。（X）

4、在讨论PLC时，常以PLC为界把数控机床分为CNC侧和MT侧。（Y）

5、PLC的电气接口从信号的流向来看分为输入接口和输出接口。（Y）

6、PLC的电气接口一般有开关量输入接口、开关量输出接口两种。（X）

7、PLC除了完成相应的功能外，还要求在异常情况下有安全互锁功能。（Y）

四、简答

1、PLC的硬件由哪几部分组成？

PLC内部硬件由中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出接口、编程器、电源等几部分组成。

2、什么是PLC?

可编程控制器是一种数字运算电子系统，专为在工业环境下运用而设计。它采用可编程序的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，并通过数字式或模拟式的输人、输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其辅助设备都应按易于构成一个工业控制系统，且它们所具有的全部功能易于应用的原则设计。

3、可编程控制器常见的编程语言有哪些?

（1）梯形逻辑图(LAD)

（2）指令语句表(STL)

（3）计算机的通用语言

4、什么信号称为PLC的输人信号?什么信号称为PLC的输出信号?

对PLC而言，由机床或CNC等外部设备向PLC传送的信号称为输人信号，由PLC向机床或CNC等外部设备传送的信号称为输出信号

5、为什么寄存器接口又称为软继电器?

PLC要实现对各接口的通断和电平状态信息进接口等效电路行识别和处理，必须把它们转换成内部计算机可以识别的变量，这些变量称之为寄存器，为了运算和控制的方便，PLC还需要一些和硬件接口无关的内部寄存器。由于寄存器的值在PLC处理中和继电器的使用非常类似，例如读取寄存器的值相当于引用继电器的常开点;对读取的值取反相当于引用继电器的常闭点;对寄存器赋值相当于接通继电器的控制线圈，因此PLC的寄存器也称为PLC的软继电器。

6、设计一个电动机正反转控制电路，要求电动机的正反转可随时切换。

7、数控机床PLC的配置方式是什么?

PLC在数控机床中有3种不同的配置方式。

(l)PLC在机床侧，代替了传统的继电器一接触器逻辑控制，PLC有(m+n)个输人/输出(I/O)。

(2)PLC在电气控制柜中，PLC有m个输人/输出(I/O)。

(3)PLC在电气控制柜中，而输入/输出接口在机床侧。这种配置方式使CNC与机床接口的电缆大为减少。

8、数控机床的控制对象有哪些?

数控机床的控制可分为两大部分：一部分是坐标轴运动的位置控制，另一部分是数控机床加工过程的顺序控制。

9、简述车床刀架自动换刀的一般过程。

以四工位自动刀架为例，刀架电动机采用三相交流380V供电，正转时驱动刀架正向旋转，各刀具按顺序依次经过加工位置，刀架电动机反转时，刀架自动锁死，保证刀具能够承受切削力。每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。

换刀动作由T指令或手动换刀按钮启动，换刀过程如下：

(a)刀架电动机正转;

(b)检测到所选刀位的有效信号后，停止刀架电动机，并延时(100 ms);

(c)延时结束后刀架电动机反转锁死刀架，并延时(500ms);

(d)延时结束后停止刀架电动机，换刀完成。

车床刀架不存在刀具交换的问题，刀具选好后即可以开始加工，因此，车床的换刀由T指令(选刀指令)完成，而不需要换刀指令(MO6指令)的参与。

10、PLC设计的一般步骤是什么?

(1)若所采用的PLC自带有程序，应该详细了解程序巳有的功能和对现有需求的满足程度和可修改性。尽量采用PLC自带的程序。

(2)将所有与PLC相关的输入信号(按钮、行程开关、速度及温度等传感器)，输出信号(接触器、电磁阀、信号灯等)分别列表，并按PLC内部接口范围，给每个信号分配一个确定的编号。

(3)详细了解生产工艺和设备对控制系统的要求。画出系统各个功能过程的工作循环图或流程图、功能图及有关信号的时序图。

(4)按照PLC程序语言的要求设计梯形图或编号程序清单。梯形图上的文字符号应按现场信号与PLC内部接口对照表的规定标注。

11、采用PLC的数控系统为什么在电气设计上还要考虑安全互锁设计?

若目前有A、B两个过程，出于安全的目的，当A动作后将限制B的动作，称A对B 有安全互锁;若B对A也有安全互锁，称A、B之间为双向安全互锁，简称A、B之间安全互锁。

PLC以及RLC除了完成相应的功能外，还要求在异常的情况下，通过安全互锁对操作者和设备进行紧急保护，然后通过报警功能通知操作者。因此，在设计时必须详细了解设备的工作过程及原理，分析容易发生事故的环节，以便在程序和电气设计中实现保护。

12、独立型PLC具有什么特点？

(1)独立型PLC具有CPU及其控制电路，系统程序存储器、用户程序存储器、输人/输出接口电路、与编程器等外部设备通信的接口和电源等基本功能结构。

(2)独立型PLC一般采用积木式模块结构或插板式结构，各功能电路多做成独立的模块或印刷电路插板，具有安装方便、功能易于扩展和变更的优点。

(3)性能/价格比不如内装型PLC。

13、PLC与RLC相比有哪些优点?

可编程控制器是计算机技术与自动控制技术有机结合的一种通用工业控制器。在此之前，机床的顺序控制是以机床当前运行状态为依据，使机床按预先规定好的动作依次地工作，这种控制方式的实现，是由传统的继电器逻辑电路RLC (Relay Logic Circuit)完成的。RLC 是将继电器、接触器、按钮、开关等机电式控制器件用导线、端子等连接起来的电路，以实现规定的顺序控制功能。

RLC存在一些难以克服的缺点:它只能解决开关量的简单逻辑运算，以及定时、计数功能;修改控制逻辑时，需要增减控制元器件和重新布线，安装和调试周期长，工作量大;继电器、接触器等器件体积较大，每个器件的工作触点有限;当机床中的受控对象较多或控制动作的顺序较复杂时，需要采用大量的器件，使得整个RLC体积庞大，功耗高，可靠性差等，因此，RLC只能用于简单的工业设备和简单的数控机床。

第七章数控系统的电磁兼容设计

一、填空题：（25）

1、电磁兼容的主要内容是围绕造成干扰的三要素进行的，即电磁骚扰源、传输途径和敏感设备。

2、系统达到电磁兼容而采用的三大技术是接地、屏蔽、滤波。

3、机床数控系统电源采用“TT”或“TN-S”接地形式。

4、工作接地方式有浮地、单点接地和多点接地。

5、屏蔽电缆的种类很多，一般可分为普通屏蔽线，双绞屏蔽线，同轴电缆。

6、屏蔽按其机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。

7、隔离变压器的类型有：简单的隔离变压器、带屏蔽层的隔离变压器、超级隔离变压器。

8、信号传输线常采取绝缘隔离、阻抗匹配、平衡传输、屏蔽与接地、合理布线等措施来抑制干扰。

9、电气控制柜应该采用冷轧钢板制作，为了保证电柜的电磁一致性，应采用一体结构或焊接。

二、选择

1、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（C）。A信号传输干扰B供电线路的干扰 C 电磁波干扰D控制信号干扰

三、判断

1、电气设备的保护接线端子可以用螺丝在外壳底盘上代替接地端子。（X）

2、设备金属外壳良好接地，是抑制静电放电干扰的最主要措施。（Y）

3、设备地线可以布置成封闭的环状，不用留开口。（X）

4、工作地线浮置方式仅用于小规模设备和工作速度较低的电路。（Y）

5、为了抑制噪声，电缆、变压器等的屏蔽层需拉地，相应的地线称为屏蔽地线。（Y）

6、屏蔽技术用来抑制电磁噪声沿着空间的传播，即切断辐射电磁噪声的传输途径。（Y）

7、滤波技术用来抑制沿导线传输的传导干扰，主要用于抑制电源干扰和信号线干扰。（Y）

8、在数控系统中，信号线最容易受到干扰，会引起设备工作不正常。（Y）

9、电柜安装板采用镀锌钢板，以提高系统的接地性能。（Y）

10、控制柜内各个部件按照强、弱分开安装、布线。（Y）

四、简答

1、什么是电磁兼容？

电磁兼容性（EMC）是指：电气设备产生的电磁骚扰不应超过其预期使用场合允许的水平；设备对电磁骚扰就有足够的抗扰度水平，以保证电气设备在预期使用环境中可以正常运行。

2、电磁兼容的主要内容是围绕造成干扰的哪三个要素进行的？

电磁兼容的主要内容是围绕造成干扰的三要素进行的，即电磁骚扰源、传输途径和敏感设备。

3、接地线分为哪几类？

保护地线（安全接地）、工作地线（工作接地）、屏蔽地线（屏蔽接地）。

4、数控系统有哪些抗干扰措施？

抑制骚扰的发射，切断骚扰的传输途径，提高敏感设备的抗干扰能力是系统达到电磁兼容的主要手段，最常采用的是接地、屏蔽、滤波三大技术。

第八章数控机床电气控制电路设计实例

一、填空题：

1、电气控制电路的设计应高度重视保证人身安全、设备安全，要符合有关的安全规范和标准。

2、电气控制电路一般由主回路、控制电路和辅助电路等部分组成。

二、选择

三、判断

1、电气控制电路设计原则之一是最大限度地实现机械设计和工艺要求。（Y）

2、数控机床运行的稳定性、可靠性在某种程度上决定于电气控制部分的稳定性、可靠性。（Y）

四、简答

1、简述数控机床电气控制电路设计的原则。

（1）最大限度地实现机械设计和工艺的要求

数控机床是机电一体化产品，数控机床的主轴、进给轴伺服控制系统绝大多数是机电式的，其输出都包含有某种类型的机械环节和元件，它们是控制系统的重要组成部分，其性能直接影响数控机床的品质。这些机械环节和元件一旦制造好，其性能就难以更改，远不如电气部分灵活易变。因此，数控机床的机械与数控系统的设计人员都必须明确地了解机械环节和元件的参数对整机系统的影响，以便密切配合，在设计阶段，就仔细考虑相互之间的各种要求，做出合理的设计。

（2）保证数控机床能稳定、可靠地运行

数控机床运行的稳定性、可靠性在某种程度上决定于电气控制部分的稳定性、可靠性。数控机床在加工车间，其使用的条件、环境比较恶劣，极易造成数控系统的故障。尤其在工业现场，因各种电气设备产生的电磁干扰，造成电磁环境恶劣，所以就要求数控系统对电磁干扰应有足够的抗扰度水平，否则设备无法正常运行。

（3）便于组织生产、降低生产成本、保证产品质量

商品生产的基本要求是以最低的成本、最高的质量，生产出满足用户要求的产品。数控机床的生产也不例外。电气控制电路设计时就应该充分考虑元器件的品质、供应，并便于安装、调试和维修，以便于保证产品质量和组织生产。

（4）安全

电气控制电路的设计应高度重视保证人身安全、设备安全，要符合有关的安全规范和标准。各种指示及信号易识别，操纵机构易操作，易切换。

2、电气原理图分析的方法与步骤有哪些？

（1）分析主回路；

（2）分析控制电路；

（3）分析辅助电路；

（4）分析互锁与保护环节；

（5）总体检查。

3、以TK1640数控车床为例，说明车削螺纹的工作原理。

在车削螺纹时，为保证主轴转一圈，刀架移动一个导程，在主轴箱的左侧安装一个光电编码器。主轴至光电编码器的齿轮传动比为1：1。光电编码器配合纵向进给交流伺服电动机，保证主轴转一圈，刀架移动一个导程（即被加工螺纹导程）。