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1、 控制器、运算器控制器控制由程序制定的各种操作。这些操作包括接收输入电脑的数据和决定数据的处理形式以及处理时间，控制器控制运算器的操作。它将数据发送给运算器并告知运算器数据所要求的处理操作和结果的存储位置。控制器完成这些操作的能力是由一组存储在存储器中被称作执行程序的指令程序提供的。运算器完成像加、减和比较的功能。这些功能以二进制形式对数据进行处理。当指出某些条件时逻辑器能够改变程序执行的顺序，也能够完成其他功能，例如为运算操作编辑和屏蔽数据。控制器和运算器都是通过寄存器来完成它们的功能计算机的寄存器是能够接收、保存和传送数据的小存储设备。每个寄存器都由能够保存二进制数的二进制单元组成。 Co

2、mputer Programming Languages存储器的位数代表了电脑能够处理的字长，每个字所占位数最少到4个（早期微型计算机）最多到64个（大型科学计算机）二进制数能够用来表示十进制数、字母，或者其他一般符号。数据和程序都以二进制码得形式输入计算机，在执行某一程序时，计算机通过翻译构成指令的字来执行像加、减、保存等电子操作。这些二进制编码的顺序限定了计算机执行程序的运算组和数据运算. 这些计算机所能识别的二进制编码叫做机器语言。不幸的是，对编码人员来说由二进制编码所形成的指令和数据是很难读写的。同时，不同的机器使用不同的机器语言。为了便于计算机编程，对人来说相对容易学习的高级语言出现

3、了。计算机程序语言总共有三种：.Machine language.Assembly language.Procedure-oriented （ high-level） languages机器语言、汇编语言、高级语言Computer Process Interfacing计算机处理技术To be useful, the computer must be capable of communicating with its environment. 计算机要想有用必须能和它自己的环境进行交流。 In a data processing system, this communication is ac

4、complished by various input/output devices such as card readers，printers，and CRT consoles. 在数据处理系统中，这种交流是通过输入/输出设备例如读卡器、打印机、CRT控制板等完成的。 In computer-aided manufacturing, the environment of the computer includes not only these devices but also includes one or more manufacturing processes. 在计算机辅助制造中，计算

5、机的环境不仅包括这些设备而且包括一种或多种制造工艺。Functioning as a process control system，the computer must be capable of sensing the important process variables from the operation and providing the necessary responses to maintain effective control over the process. 。作为过程控制系统，计算机必须能够感应来自操作的重要的处理变量并提供必需的回应以维持有效地处理控制。 In the

6、 following sections we examine some of the important components of a computer process control system. 下面的部分我们检查计算机过程控制系统的一些重要部分制造过程数据。（1）Manufacturing process data. 制造过程数据。The data that must be communicated between the manufacturing process and the computer. 制造过程数据是必须在制造过程和计算机间进行交流的。These data can b

7、e classified into three categories:这些数据可以分成3类：.Continuous analog signals连续模拟信号.Discrete binary data离散的二进制数据.Pulse data脉冲数据 （ 2 ） 制造过程数据的这三种类型必须能和计算机进行交流。对于监控过程而言，输入的数据必须输入计算机。对于控制过程而言， 输出数据必须由计算机产生并转换成制造过程能理解的信号。有六种计算机过程接口代表了过程数据三种类型的输入和输出。他们是： .Analog to digital A/D .Contact input触点输入 .Pulse counte

8、rs脉冲计数器 .Digital to analog D/A .Contact output触点输出.Pulse generators触点输出Computer Network Structures计算机网络结构Network introduction网络介绍 计算机网络这个术语是指计算机和不同的区域之间的物理连接。自1964年第一次出现以来，计算机网络已经发展经历了许多技术阶段例如，多机系统、局域网、城域网、广域网和以太网。现在它的出现已成为在人类历史上最有重要意义的工程成果之一。有很多用途例如，互相联络、数字在线服务和信息共享。 Computer network can be used in

9、 almost every case. 计算机网络几乎可用于任何事。计算机网络在机械工程上的使用包括许多科学项目例如，网络制造、虚拟制造、柔性制造系统和敏捷制造。 Unit2 . （1）数控是程序控制的自动化，在数字控制系统中，设备通过数字，字母和符号来编码，以一种合适的格式为每一个特定的零件或工件定义一个程序指令集。当工件变化时，程序也变化，改变程序的能力也就是适合中小批量生产。写一个新程序比改变大量生产设备要容易的多。基本结构：数控系统由下面三部分组成：1.控制程序；2.机器控制单元；3.加工设备。三部分的基本关系，由图2.1 所示。程序输入到控制单元由送入的程序来引导加工设备控制。指导程

10、序是一步步详细的指导加工设备的指令。通常指令把主轴上刀具相对于安装工具的工作台定位。更多先进的说明包括主轴的转速，加工工具的选择及其功能。程序刻在合适的介质中，提交到机器控制单元中，在过去几十年中，最常用的介质是一英寸宽的打孔纸带。由于打孔纸带的广泛使用，NC 有时也叫纸带控制，然而这是现代数控使用的误称。现在进入使用更多的是磁带和软盘。机器控制单元（MUC）由电子和控制硬件组成，机器控制单元可以读出和执行指令程序，可以自动改变加工工具和其他加工设备。执行单元是数控系统的第三基础部分，执行原件是有效执行工作的原件，最常见的数控例子其中的一个加工操作，加工设备由工作台和主轴组成，就像用电动机来驱

11、动一样。加工设备由控制单元来驱动控制系统的类型。Types of Control Systems控制系统的类型数控有2种基本类型，点对点式和轮廓式控制，点对点式控制也称定位控制，每个轴都是通过丝杠单独驱动，根据加工类型不同，加工速度也不一样。机器开始以最大速度运行来减少非加工时间，但当他达到数据定义的位置时，机器开始减速。因此在一个操作中，如钻或冲孔操作先定位再加工。在钻或冲孔之后，迅速收起工具移动到另一个位置重复此操作。从一个位置移到另一个位置是非常重要的，要遵循一个原则，从效率上考虑只要时间最短即可。点对点系统主要用于钻，冲孔，直铣操作中。轮廓式也就是连续路径式系统，定位和切削同时按不同速

12、度来控制，由于刀具在指定路线运动同时切削，因此速度和运动的同步控制是非常重要的。轮廓式系统常用于车床铣床磨床焊接设备和加工中心。沿着路径的运动或以增量差补是几个基本方式的一个，在所有的差补中，要控制刀具的回转中心定位，补偿可以以不同直径及刀具磨损，在数控程序中进行改写。有一些已形成差补方案来处理数控系统中连续路径和加工系统产生的问题包括：1.线性差补；2.圆弧差补；3.螺旋线差补；4.抛物线差补；5.立体差补每一种差补程序都允许程序源产生加工指令，适用于相对少的输入参数的直线或曲线路径。储存在数控单元中的模块预算指引工具沿计算出的路径运动。线性差补是最基本的差补方法，用于连续路径的数控系统中。

13、两轴和三轴线性差补路线在实际中有时会分辨出的，但在概念上他们是一样的，程序源要明确指定直线的起点和缺点及沿直线的进给率。差补需计算两轴或三轴的进给速率以达到设定的进给速度。线性差补用来差补圆是不合适的因为程序源需要明确指定线段部分（线段数量）和各自的终点来大约模拟圆弧。圆弧差补法已形成他允许程序编程的路径，使用圆弧只要给定以下参数，圆弧终点坐标，圆心坐标，半径和刀具沿圆弧路径的走刀方向。圆弧差补也是由许多小的直线段来实现的，但这些小线段的参数由差补模块来计算出来的，而不是程序员设定的。切削是沿着每一小线段一个一个的进行以产生光滑曲线路径。圆弧差补的局限性是圆弧路径所在平面是由数控系统中两轴所决

14、定的平面。螺旋线差补结合了环形差补两轴在第三轴上做线性运动这样来定义空间三维螺旋路径。抛物线差补和立方差补法通过高次高程来实现自由曲线。这通常需要有强的计算能力，正因如此，他不如直线差补和环形差补常见。他们主要用于汽车工业中具有自由风格的车身面，而这是线性差补和圆弧差补不能精确容易得到的。数控技术运用于数控机床，这是数控的主要应用。现在主要用于商业。我们仍讨论数控系统特别是金属数控车床。Machine Tool Technology for NC数控车床技术五种加工程序的每种加工过程都可以在设计的专门车床上来实现加工。在车床上车削，在钻床上钻，在铣床上加工。有几种类型的磨削方法也要有相应种类的

15、磨床。被设计的数控磨床可以进行下列加工包括：1.钻加工；2.铣床,立式和卧式主轴；3.车床,卧式主轴和立式主轴；4.卧式和立式镗床；5.仿形铣床；6.平面磨和圆柱磨除了上述几种机械加工方法，数控机床可用于其他金属加工过程.用于薄片板的金属板上冲孔的冲压机，用于薄片金属弯曲的折弯机。数控技术的介入到机加工对机床的设计和运用有着显著的影响。数控影响之一在程序控制下切削金属的时间与传统手动机床大得多所以对于一些零件如主轴驱动主轴丝杠磨损更快，这些零件要设计成持续时间长的。第二，增加电子控制单元后设备成本也随之增加，因此需要更高的利用率。取代传统手工操作的一班制，数控机床通常采用两班或三班制来获得更多

16、的回报。数控机床的设计中减少了非操作过程的时间如装卸工件和换刀时间。第三，增加的劳动成本由人工成本变为设备成本。考虑到人工操作的角色，角色由技术熟练的工人控制，工件生产的每一个过程变为只控制装卸换刀和清除碎屑和类似的操作，这样一个工人可以同时操作两台或三台车床，机床的角色和功能也改变了。数控需要设计成高度自动化具有需要在不同车床加工几种操作联合在一起一定加工的能力，这些变化是通过一种新型车床在数控技术存在之前是不存在的，他丰富了数控加工中心加工中心是在20 世纪50 年代发展起来的具有在程序控制下在一个工件上一次裝夹完成几种不同的加工能力的机床。加工中心能完成铣，钻，铰屑，攻丝，镗，车端面及一

17、些类似机加工工作。另外数控加工中心的典型特征包括以下方面：自动换刀能力: 多种机加工工作意味着需要多种刀具。刀具贝安装在刀库或多刀刀库中。当一把刀需要被调换时，多刀刀座自动旋转到相应的位置上。自动化的换刀机构。在程序控制下进行，把主轴上需换下的刀和多刀刀座上的刀调换。工件的自动定位: 大多数加工中心都可以使工件沿着主轴旋转因此允许刀具达到工件的四个表面。）托架滑动装置（平板架）: 加工中心另一个特点是有两个或多个独立拖板每个拖板都可以调整在刀具上。在加工过程中，一个拖板在刀具的前部，另一个拖板在远离主轴的安全位置。这样当机床正在加工当前的零件时。操作人员就可以从上一个工作循环中卸下最终加工好的

18、零件，同时加紧毛坯用于下一个工作循环。加工中心可以分为立式和卧式。这是参照机床主轴方向来划分的。立式加工中心具有轴线相对工作台垂直的主轴，卧式车床的主轴轴线是水平方向的。这种区别通常会导致在这些加工中心加工的零件类型不同。立式加工中心用于以上进刀的平面工作。卧式加工中心用于立体形状，刀具在立体侧面可以进刀。一台数控卧式加工中心，例子如图2.2 所示，具有上面提到的一些特征。加工中心的成功应用导致了其他类似金属加工机床的发展。例如：在车削中心，把车削加工设计成一个高度自动化万能机床可以完成车削，刨，钻，螺纹加工和类似的操作数控的发展在分批生产和小批量生产中有着重要意义，从技术和商业角度来说都有着

19、重要意义。数控有两方面的提高和扩展，包括:1.直接数据控制；2.计算机数字控制Direct numerical control 直接数据控l直接数据控制定义为一个制造系统，一定数量的机床有一台计算机通过直接硬件连线实时控制。相应的磁带播放机忽略在直接数控中，这样就消除系统中最不可靠的环节。不用磁带播放机而用电脑信息传给车床。原则上说一台计算机可以控制100 台独立机器（DNC 系统在1970 年称为可控制26 台机床）直接数控（DNC）电脑设计成在需要的时候提供指令给每一台机床，当机床需要控制指令时，计算机立即发送指令给机床。图2.3 说明了DNC 的基本配置。这个系统包括4 部分：1.中央计

20、算机；2.大量内存，用于存放数控程序；3.通信线；4.机床刀具计算机从海量内存中取出部分程序指令送入到需要的独立机床中。相应的计算机也接受机床反馈信息。这种双工的信息流在实时控制加工系统中出现意味着每台机床需要指令的请求能立即得到回应。类似的，计算机必须总是要准备要接受信息和进行回应。DNC系统显著特点是：可以实时控制大量机床。更具机器数量和所需的计算机程度化。有时需要使用卫星计算机如图2.4 所示。卫星计算机是更小的计算机，可以分担中央计算任务，减轻其负担。每台卫星控制几台机床。零件加工指令程序由计算机接受，储存在内存中。当需要时卫星计算机发送指令程序到每个独立机床中。来自机床的反馈数据在电

21、脑中央存储接受之前存储在卫星内存中。Computer numerical control 计算机数字控制由于DNC 技术的介入，在计算机技术上得到了很大的发展。计算机在尺寸和成本显著减少的同时，计算机的能力却有很大的提高。在数控中，这些发展使得由硬件布置的MCU（）变为数字电脑控制的控制单元。最早，小型机在1970 年使用。随着计算机进一步小型化，小型机被当今的微型机取代。计算机控制也是一种数字控制，它采用微型计算机作为控制单元。由于数字电脑用于CNC 和DNC 中，只近似区分两种类型。有三个区分原则：DNC 电脑接受和发送指令数据都是来自许多机器，CNC 电脑控制只是一个机器或多个机器。DN

22、C 电脑占有一个位置通过控制来实现机器的旋转。CNC 电脑要非常靠近车床。DNC 软件的发展不经可以控制生产设备的每个单独零件，还可以在生产坚固性方面提供主要控制信息。CNC 的提高可以提高特殊车床的能力电脑数控系统的大体配置如图2.5 所示。如图中所示，最初进入控制器的是磁带播放机。这样，CNC 的外部系统与传统的NC机相似。Unit 3数控编程数控编程由一系列方向构成，这些方向导致数控车床执行某种操作，加工是最常用的进程。数控车床编程由内部编程部门来完成，在车间里，或者从外部源购买。编程还可以手动或者在计算机辅助下来完成。程序包括指令和命令。几何指令涉及刀具和工件间的相对移动。进程指令涉及

23、主轴速度，进给以及道具等。行动指令涉及插值的类型以及刀具或者工作台的缓慢和快速移动。切换命令涉及到开/关冷却液供给状况，主轴旋转，主轴方向，换刀，工件进给，夹具固定等等。（1）手工编程。手工编程包括根据部分工程图纸首先算出刀具，工件以及工作台的尺寸关系，继而决定执行的操作和工序。那么一个包括执行特定操作所需必要信息的程序表就准备好了，例如刀具切削，主轴转速，进给，切削深度，切削液，以及刀具或者工件间的相对位置或者移动。根据这些信息，部分程序就准备好了。通常一个纸带首先被准备好用于试用和调试程序。根据纸带被使用多久，纸袋通常用更耐用的聚酯薄膜制成。手工编程可以由那些具有特定制造工艺知识和能够理解

24、，阅读以及更改部分程序的人来完成。因为他们熟悉机床刀具和工艺流程，熟练的机械师可以做一些手工编程的编程培训。然而，所涉及的工作是乏味的，费时的，因此不合算。手工编程大多数用于简单的点对点应用上。 （2）计算机辅助编程。计算机辅助编程是一种涉及到特殊符号的编程语言，这种语言可以决定角点的坐标，刀口以及工件的表面。编程语言是与计算机通信的方式并且涉及到符号字符。编程员用这种语言描述加工零件，而由计算机将零件程序转换为数控机床的执行指令。许多种商业应用上的语言有多种多样的特点和应用。第一种被使用的是类似于英语语句的语言，它在十九世纪五十年代末被开发出来并被称为APT语言。这种语言，由于它多种多样的扩

25、展形式，一直是最广泛的用于点对点和连续路径编程的语言。 复杂的工件现在使用基本的绘图进行制造，计算机辅助制造程序。刀具的路径是在类似于一个CAD程序的大量的绘图环境下制造出来的。这种机器代码由程序自动生成。 在生产开始之前，程序应该被校验，还有就是通过一个显示器观看工艺流程的模仿或者使用廉价的材料（例如铝，木头，石蜡，或者是塑料）制作工件，而不是使用指定用于已加工零件的真实材料。计算机辅助编程有以下几个优于人工方式的重要优点。 比较容易使用的符号语言 缩短了编程时间。编程是一种容纳了大量关于机械特点和工艺变量数据的一种能力，例如动力，速度，进给，刀具形状，刀具形状改变的补给量，刀具磨损，偏转，

26、以及冷却液的使用。 减少了在人工编程中出现人为错误的可能性。 因为编程时所需更少的时间，降低了成本。 编程语言的使用不仅导致更高的工件质量而且考虑到了机械指令的更加快速发展。另外，模拟可以在远程计算机的终端设备上运行，这就确保了程序按照既定来运行。这种方法可以防止昂贵的机器由于调试程序产生不必要的占用。选择某一种数控机床编程语言主要取决于以下几个因素 生产设施人员的专业水平级别 工件的复杂程度 设备的外形以及计算机的应用 涉及编程的时间及费用 （无英语）因为数控涉及有关工件材料和加工参数的数据插入，编程必须由有制造业的相关方面知识的操作工和程序员来完成。在生产开始之前，程序应该被校验，还有通过

27、一个CRT屏幕来观察工艺流程的模拟或者用廉价的材料制造工件，例如铝，木头或者塑料，而不是使用指定用于已加工零件的真实材料。数控编程语言自从1956念麻省理工学院的初步研究数控编程系统以来大概有超过100种的数控编程语言已经被开发出来了。大多数语言开发用于特殊的需求和机械并且它们没有经受住时间的考验。然而，相当多的语言在今天一直被使用。在本小节，我们回顾一下那些被普遍认为是重要的语言。APT（自动编程工具），APT语言是麻省理工学院研发的关于数控机床控制编程系统的成果。它的研发开始于1956年六月，它第一次用于生产是在1959年左右。几天它是在美国应用最广泛的语言。虽然第一次打算作为一种轮廓语言

28、。APT现在的版本可用于定位和持续路径的编程而且可用于多达五个基准轴的持续路径编程。 AUTOSPOT （用于定位工具的自动系统）。这个程序有IBM研发，在1962年第一次被引进用于PTP编程。AUTOSPOT现在的版本也可应被用于修证轮廓。COMPACT II。这种语言是来自于制造数据系统的封装。（MDSI公司），在安阿伯，密歇根州的一家公司。数控机床控制编程的许多特点于SPLIT相似。MDSI公司将COMPACT II系统租赁给以分时为依据的用户。这种程序通过使用远程终端把程序传送给MDSI公司的计算机，有计算机转向产生数控的纸带。ADAPT（APT的改编版本）。多种编程语言直接依据于APT程序。这些语言之一便是ADAPT，它是在空军合同下由IBM公司研发的。这种语言意图提供许多APT的特点但是用于小型计算机。ADAPT不如APT一样强大，但是能够被用于定位和修改轮廓工作的程序。EXAPT（APT的扩展子集）。这种语言是由德国研发的。，开始于1964年之间，以APT语言为依据。有三个版本：EXAPT I 被设计应用于定位（钻削和直切铣）。EXAPT II被设计用于车削，还有EXAPT III被设计用于限制轮廓的操作。EXAPT最重要的一个特点是尝试自动地计算最佳进给量和进给速度。APT不仅仅是一种数控语言；它也是一种以APT声明为依据执行计算来。生成切割位置的计算机程序。在