通過對本部分內(nèi)容的考核，測試考生對數(shù)控機床及其計算機
數(shù)字控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)，以及工業(yè)機器人等相關(guān)設(shè)備、相關(guān)技術(shù)熟悉的情況，考核考生對機電一體化設(shè)備、系統(tǒng)的必要基礎(chǔ)知識掌握的程度。
（二）考試基本要求
1.掌握以下內(nèi)容：
（1）數(shù)控機床的組成；
（2）單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的結(jié)構(gòu)及特點，以及他們之間的區(qū)別；
（3）PLC的特點；
（4）應(yīng)用于數(shù)控機床中的兩種PLC的型式、特點和區(qū)別；
（5）常用的反應(yīng)式、永磁感應(yīng)子式步進電動機的主要區(qū)別；
（6）步進電動機的轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)速的計算；
（7）直流主軸電動機、交流主軸電動機、永磁直流伺服電動機、永磁同步交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)及特點，以及它們之間的區(qū)別；
（8）CNC裝置的控制流程及CNC軟件的特點。
2.熟悉以下內(nèi)容：
（1）數(shù)控機床的各種分類方法；
（2）CNC裝置所具有的功能；
（3）PLC的組成、技術(shù)指標；
（4）伺服系統(tǒng)的分類以及數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求；
（5）步進電動機的工作原理、特點及主要性能指標；
（6）直流主軸電動機的性能及速度控制方法；
（7）永磁直流伺服電動機的性能及速度控制方法；
（8）交流主軸電動機的性能及速度控制方法；
（9）永磁同步交流伺服電動機的性能及速度控制方法；
（10）柔性制造單元的結(jié)構(gòu)形式，柔性制造單元與加工中心的區(qū)別；
（11）工業(yè)機器人的特性參數(shù)和技術(shù)要求。
3.了解以下內(nèi)容：
（1）數(shù)控機床及其產(chǎn)生和發(fā)展；
（2）數(shù)控機床加工與普通機床加工的區(qū)別；
（3）采用數(shù)控機床的原因和必然性；
（4）數(shù)控機床再生改造應(yīng)該考慮的問題；
（5）開放式CNC裝置的組成方式；
（6）PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用；
（7）步進電動機對驅(qū)動電源的要求，驅(qū)動電源的組成和功能；
（8）工業(yè)機器人的組成、分類及編程方式；
（9）柔性制造系統(tǒng)的基本功能、組成及其柔性。
（三）要點內(nèi)容
1.數(shù)控機床及其產(chǎn)生和發(fā)展
數(shù)控機床是一種采用計算機，利用數(shù)字化信息進行控制的，具有高附加值的，技術(shù)密集型機電一體化產(chǎn)品。
數(shù)控機床自上個世紀50年代問世以來，得到了迅速發(fā)展，不斷地更新?lián)Q代。我國的數(shù)控機床行業(yè)起步于1958年。到目前為止，我國在開發(fā)、設(shè)計、制造具 有自主版權(quán)的中、高檔CNC系統(tǒng)方面取得了可喜的成果。我國的數(shù)控產(chǎn)品覆蓋了車、銑（包括仿型銑）、鏜銑、鉆、磨、加工中心及齒輪機床、折彎機、火焰切割 機、柔性制造單元等，品種達300多種。中、低檔CNC系統(tǒng)已達到小批量生產(chǎn)能力。
2.數(shù)控加工與普通機床加工的區(qū)別
數(shù)控機床是高效的自動化機床。數(shù)控機床加工不同于普通機床加工，在數(shù)控機床上加工零件，是將加工過程所需要的各種操作（如主軸的起停、換向及變速，工 件或刀具的送進，刀具選擇，冷卻液供給等）以及零件的形狀、尺寸按規(guī)定的編碼方式寫成數(shù)控加工程序，輸入到數(shù)控裝置中。再由數(shù)控裝置對這些輸入的信息進行 處理和運算，并控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)，使坐標軸協(xié)調(diào)移動，從而實現(xiàn)刀具與工件間的相對運動，完成零件的加工。當被加工工件改變時，除了重新裝夾工件和更換刀具 外，只需更換程序。而在普通機床上加工零件，是由操作者根據(jù)圖紙要求，手動操作機床，不斷改變刀具與工件相對運動參數(shù)（位置、速度等），使刀具從工件上切 除多余材料，最終獲得符合技術(shù)要求的尺寸、形狀、表面質(zhì)量及位置要求的零件。
3.采用數(shù)控機床的原因和必然性
數(shù)控機床的前期投資費用以及維修（技術(shù)）費用比較高.對管理及操作人員素質(zhì)的要求也比較高。但是采用數(shù)控機床不僅節(jié)約勞動力，提高勞動生產(chǎn)率，還可以 提高產(chǎn)品質(zhì)量，對開發(fā)新產(chǎn)品和促進老產(chǎn)品更新?lián)Q代，加速流動資金周轉(zhuǎn)和縮短交貨期都起很大作用。合理選用數(shù)控機床可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本、提高企業(yè)的經(jīng)濟 效益與競爭力。因此，普通機床正在大量地被數(shù)控機床取代。數(shù)控機床已經(jīng)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)必不可少的設(shè)備。采用數(shù)控機床，提高機械工業(yè)的數(shù)控化率是當前機械制 造業(yè)技術(shù)改造和技術(shù)更新的必由之路。
4.數(shù)控機床的組成
數(shù)控機床由CNC系統(tǒng)和機床主機及輔助裝置組成。
CNC系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、CNC裝置及主軸、進給控制單元組成。零件加工程序是CNC系統(tǒng)的重要組成部分。輸入輸出設(shè)備主要用于零件加工程序 的編制、存儲、打印、顯示等。不同檔次的CNC系統(tǒng)其輸入輸出設(shè)備的復(fù)雜程度也不一樣。CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心部件，它由計算機（包括硬件和軟 件）、可編程序控制器（PIC）和接口電路組成。
主軸控制單元與交、直流主軸電動機及其進給檢測元件組成主軸驅(qū)動裝置，用于控制主軸的旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)在寬范圍內(nèi)速度連續(xù)可調(diào)，并在每種速度下都能提供切削所需要的功率。
進給控制單元與進給伺服電動機（功率步進電動機或交、直流伺服電動機）及其檢測元件組成進給驅(qū)動裝置，用于控制機床各坐標軸的切削進給運動，提供切削過程中所需要的扭矩，并可以任意調(diào)節(jié)運動速度。再配以位置控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)對工作臺 （或刀具）位置的精確控制，這就是進給伺服軀動系統(tǒng)。
為了滿足數(shù)控機床高自動化、高效率、高精度、高速度、高可靠性的要求，與普通機床相比，數(shù)控機床主機的機械結(jié)構(gòu)需滿足高剛度和高抗振性、小的機床熱變 形等要求，為此在結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選用上采取一系列措施；此外，在數(shù)控機床中多采用高效率、無間隙、低摩擦傳動，并采用高性能、寬調(diào)速范圍交、直流服電動機 和主軸電動機，以盡量簡化機械傳動結(jié)構(gòu)。
輔助裝置是保證數(shù)控機床功能充分發(fā)揮所需要的配套部件，包括：電器、液壓、氣動元件及系統(tǒng)，冷卻、排屑、防護、潤滑、照明、儲運等一系列裝置，交換工作臺，數(shù)控轉(zhuǎn)臺，數(shù)控分度頭，刀具及其監(jiān)控檢測裝置等。
5.數(shù)控機床的分類
按照能夠控制刀具與工件相對運動的軌跡可以把數(shù)控機床分為點位控制數(shù)控機床和輪廓控制數(shù)控機床。點位控制數(shù)控機床只控制工作臺（或刀具）從一點精確地 移動到另一點，移動過程中不進行加工。采用這種控制方案的有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床等。輪廓控制數(shù)控機床不僅控制工作臺（或刀具）的起點和終點坐 標，而且還要控制軌跡上每一點的速度和位置，因而能夠加工曲線（或曲面）。數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控電加工機床、加工中心等都采用這種控制方 案。
按照伺服系統(tǒng)的控制方式可以把數(shù)控機床分為開環(huán)控制數(shù)控機床、閉環(huán)控制數(shù)控機床和半閉環(huán)控制數(shù)控機床。開環(huán)控制方式與閉環(huán)、半閉環(huán)控制方式的區(qū)別是明 顯的。閉環(huán)和半閉環(huán)控制方式都有反饋控制系統(tǒng)，都包括位置、速度控制單元，都采用交、直流伺服電動機作為執(zhí)行元件，都有位置、速度檢測器，速度檢測器都可 以安裝在電動機的軸端。區(qū)別是：閉環(huán)控制其位檢測器安裝在機床工作臺上，環(huán)內(nèi)包括絲杠、螺母副、工作臺等傳動部件，設(shè)計、調(diào)試難度大，但控制精度高。而半 閉環(huán)控制其位檢測器安裝在電動機軸端或絲杠的軸端，一般位置測量和速度測量用一個檢測器。由于環(huán)中包括的傳動部件少，設(shè)計、調(diào)試難度小，但控制精度不如閉 環(huán)的高。
按照加工方式可以把數(shù)控機床分為金屬切削類、金屬成型類、特種加工類和其他類等數(shù)控機床。
數(shù)控機床還可以按其功能水平分高、中、低三檔。
6.數(shù)控機床再生改造應(yīng)該考慮的問題
（1）正確估計被改造數(shù)控機床的剩余價值。在對舊數(shù)控機床進行改造時，必須仔細分析這臺數(shù)控機床哪些部分還可利用，哪些必須更新。一般要求可利用的剩 余價值不應(yīng)低于總價值的三分之一。一般來說，舊數(shù)控機床中剩余價值較大的是機械部分及配套附件，數(shù)控系統(tǒng)往往都需要更新。
（2）對是否值得改造做出判斷。設(shè)備技術(shù)改造力求投資少，一般不應(yīng)超過同類新設(shè)備購置費用的40%-60%。
（3）對舊數(shù)控機床進行再生改造時，應(yīng)避免只搞局部改造，而應(yīng)做全面配套改造。
（4）再生改造要與企業(yè)的實際生產(chǎn)狀況相適應(yīng)。設(shè)備改造的宗旨是以有限的投入創(chuàng)造出較大的經(jīng)濟效益，因此不一定要把設(shè)備改造成一流水平。
7.CNC裝置所具有的功能
CNC裝置的基本功能包括控制功能、準備功能、插補功能、進給功能、主軸功能、輔助功能、刀具功能、字符顯示功能及診斷功能等；還有一些功能屬于CNC裝置的選擇功能，如補償功能、固定循環(huán)功能、圖形顯示功能、通信功能、在線自動編程功能等。
8.單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的結(jié)構(gòu)、特點及區(qū)別
CNC裝置的硬件有單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)形式。
單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置采用以總線為中心的計算機結(jié)構(gòu)，微處理器通過總線與存儲器、PLC、位置控制器及各種接口相連。CNC裝置的接口包括與機床側(cè)的信號輸入輸出接口、與上位計算機的通信接口及與標準輸入輸出設(shè)備的接口。
單微處理器CNC裝置只有一個微處理器。有的CNC裝置雖然有兩個或兩個以上微處理器，但只有一個微處理器能夠控制總線，占有總線資源，其他微處理器 不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲器，只作為智能部件工作，這種CNC裝置也屬于單微處理器結(jié)構(gòu)。由于只有一個微處理器，因此多采用集中控制、分時處理的 方式完成數(shù)控的各項功能。由于所有數(shù)控功能由一個微處理器完成，因此CNC裝置的功能將受微處理器釣字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制。 CNC裝置的檔次主要由微處理器的品質(zhì)決定。
按印刷電路板插接方式的不同單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置分為大板結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)。
多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)，有多個微處理器，每個微處理器分管各自的任務(wù)，形成特定的功能單元，即功能模塊?；竟δ苣K包括CNC管 理模塊、CNC插補模塊、位置控制模塊、存儲器模塊、PLC模塊和指令、數(shù)據(jù)的輸入輸出及顯示模塊。進一步擴展功能，可增加相應(yīng)模塊。多微處理器結(jié)構(gòu) CNC裝置各模塊之間的互連和通信除了采用共享總線結(jié)構(gòu)外，還采用共享存儲器結(jié)構(gòu)。
多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置采用積木方式組成CNC裝置，具有良好的適應(yīng)性和擴展性。插件模塊更換方便，可使故障對系統(tǒng)的影響降到最低。運算速度高，更適合多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求。
單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的區(qū)別歸納如下：
（1）單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置只有一個微處理器能夠控制總線，占有總線資源，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置有多個微處理器。
（2）單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置采用以總線為中心的計算機結(jié)構(gòu)，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置各模塊之間的互連和通信除了采用共享總線結(jié)構(gòu)外，還采用共享存儲器結(jié)構(gòu)。
（3）單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置有大板和模塊兩種結(jié)構(gòu)形式，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置都采用模塊化結(jié)構(gòu)形式。
（4）單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的功能受微處理器的字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制，用于控制功能不十分復(fù)雜的數(shù)控機床中。多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置適合多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控機床。
（5）與單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置相比，多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置具有更好的適應(yīng)性和擴展性。使故障對系統(tǒng)的影響更低。
9.開放式CNC裝置的組成方式
CNC裝置的開放化是制造業(yè)最終用戶、機床生產(chǎn)廠家以及CNC生產(chǎn)／—家共同的需求。開放化具體體現(xiàn)在：系統(tǒng)組成內(nèi)部的開放化，亦即系統(tǒng)內(nèi)部硬、軟的 公開化；系統(tǒng)組成各部分之間的開放化，即使各組成部分（如CNC、伺服驅(qū)動、主軸驅(qū)動等）之間的接口標準化。其組成方式一般有：
（1）PC連接型CNC，是一種將現(xiàn)有CNC與PC通過串行通信連接起來的一種形式。
（2）PC內(nèi)藏型；CNC，即在CNC內(nèi)部加裝 PC，PC與CNC之間通過專用總線連接。
（3）CNC內(nèi)藏型PC，即在通用PC的擴展槽中插入專用CNC，專用CNC具有包括加工軌跡生成等幾乎所有的CNC處理功能。
（4）全軟件型NC，即CNC的全部功能都由PC完成，并通過裝在PC擴展槽中的接口卡進行伺服驅(qū)動控制。
10.CNC裝置的控制流程及CNC軟件的特點
CNC裝置需要執(zhí)行兩種控制，即NC控制和輔助控制。因此，CNC軟件要處理兩種信息，即低速輔助信息和高速軌跡信息。各種控制指令、參數(shù)及加工數(shù)據(jù) 通過輸入設(shè)備送入CNC裝置的存儲器中，加工時從存儲器中調(diào)出零件加工程序，按程序段進行譯碼，將零件加工程序轉(zhuǎn)變?yōu)镃NC裝置能夠接受的代碼。譯碼后分 成兩路；一路是低速輔助信息，包括輔助功能M、主軸轉(zhuǎn)速功能s和刀具功能T，該路信息通過PLC處理并輸出；另一路是高速軌跡信息，通過預(yù)處理（刀具補償 處理和速度處理）后，進行插補計算、位置控制，控制伺服系統(tǒng)實現(xiàn)坐標軸的協(xié)同移動。
CNC軟件的特點是多任務(wù)并行處理：CNC系統(tǒng)軟件需要完成多項任務(wù)，包括輸入、I／O處理、顯示、診斷等管理任務(wù)和譯碼、刀具補償、速度處理、插 補、位置控制等控制任務(wù)。在許多情況下CNC裝置中的管理和控制的某些任務(wù)必須同時執(zhí)行，即所謂的并行處理。
11.PLC的組成、技術(shù)指標
可編程序控制器PLC實質(zhì)上是一種專用工業(yè)控制計算機，其組成包括硬件和軟件兩大部分。其硬件包括基本組成部分、I/O擴展部分和外部設(shè)備三大部分。 基本部分包括CPU及存儲器、輸入輸出接口、電源等；I/O擴展部分是為系統(tǒng)擴展輸.A輸出點數(shù)而設(shè)計的；外部設(shè)備是開發(fā)PLC控制系統(tǒng)（設(shè)計、調(diào)試應(yīng)用 程序）的輔助設(shè)備，主要有編程器、EPROM寫入器、磁帶機、打印機、監(jiān)視器等。PLC軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件由PLC生產(chǎn)廠家編制，一般 固化在ROM中，隨機提供給用戶。應(yīng)用軟件由用戶根據(jù)控制需要編寫，可存儲在帶鋰電池保護的RAM中、EPROM模塊（盒）中或盒式磁帶中。PLC機插入 裝有用戶程序的EPROM模塊，則執(zhí)行EPROM模塊中的程序。PLC機沒有EPROM模塊插入，則執(zhí)行RAM中的程序。
PLC的主要技術(shù)指標包括存儲容量、掃描速度、I/O點數(shù)、編程語言等。
12.PLC的特點
PLC的特點有控制程序可變，具有良好的柔性；采用面向過程的語言編程，編程方便；功能完善；擴展方便，配置靈活；系統(tǒng)構(gòu)成簡單，安裝調(diào)試方便；可靠性高等。正因為它具有上述特點才在數(shù)控機床及機械制造中得到廣泛應(yīng)用。
13.應(yīng)用于數(shù)控機床中的兩種PLC的型式、特點、區(qū)別
可編程序控制器應(yīng)用于數(shù)控機床中有兩種型式，即內(nèi)裝型和獨立型。
內(nèi)裝型PLC的特點是：
（1）其性能指標由所屬的CNC裝置的性能規(guī)格確定。它的硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統(tǒng)一設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)緊湊、適配性強等優(yōu)點。
（2）它有與CNC共用微處理器和具有專用微處理器兩種類型：前者利用CNC微處理器的余力來完成PLC的功能，I/O點數(shù)較少；后者由于有獨立的微處理器，多用于順序程序復(fù)雜及動作速度要求快的場合。
（3）它與CNC其他電路同裝在一個機箱內(nèi)，共用一個電源和地線。
（4）它的硬件電路可與CNC其他電路制作在同一塊印刷電路板上，也可以單獨制成一塊附加印刷電路板。
（5）它對外沒有單獨配置的I/O接口電路，而是使用CNC裝置本身的I/O接口電路。
（6）采用內(nèi)裝型PLC，擴大了CNC內(nèi)部直接處理的窗口通信功能，可以采用梯形圖編輯和傳送高級控制功能，且造價低，提高了CNC的性能／價格比。
獨立型PLC的特點是：
（1）可根據(jù)數(shù)控機床對控制功能的要求靈活選購或自行開發(fā)。
（2）有自己的I／O接口電路，PLC與CNC裝置、PLC與機床側(cè)的連接都通過I/O接口電路連接。PLC本身采用模塊化結(jié)構(gòu)，裝在插板式籠箱內(nèi)，I／O點數(shù)可通過I／O模塊或插板的增減靈活配置。
（3）可以擴大CNC的控制功能，可以形成兩個以上的附加軸控制。
（4）在性能／價格比上不如內(nèi)裝型PLC。
由內(nèi)裝型和獨立型PLC的特點不難看出它們之間的區(qū)別：
（1）內(nèi)裝型PLC其硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統(tǒng)一設(shè)計，其性能指標由所屬的CNC裝置的性能，規(guī)格確定。而獨立型PLC是根據(jù)數(shù)控機床對控制功能要求進行靈活選購或自行開發(fā)的單獨的PLC機。
（2）內(nèi)裝型PLC可以與CNC共用一個微處理器，而獨立型PLC不與CNC共用一個微處理器。
（3）內(nèi)裝型PLC與CNC其他電路同裝在一個機箱內(nèi)，共用一個電源和地線。而獨立型PLC本身采用模塊化結(jié)構(gòu)，單獨裝在插板式籠箱內(nèi)，I/O點數(shù)可通過I/O模塊或插板的增減靈活配置。
（4）內(nèi)裝型PLC對外沒有單獨配置的I/O接口電路，面是使用CNC裝置本身的I/O接口電路。而獨立型PLC有自己的I/O接口電路，PLC與CNC裝置、PLC與機床側(cè)的連接都通過I/O接口電路連接；
（5）獨立型PLC可以擴展CNC的控制功能，可以形成兩個以上的附加軸控制。而內(nèi)裝型PLC則不可以。
（6）在性能／價格比上，內(nèi)裝型PIE高于獨立型。
數(shù)字控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)，以及工業(yè)機器人等相關(guān)設(shè)備、相關(guān)技術(shù)熟悉的情況，考核考生對機電一體化設(shè)備、系統(tǒng)的必要基礎(chǔ)知識掌握的程度。
（二）考試基本要求
1.掌握以下內(nèi)容：
（1）數(shù)控機床的組成；
（2）單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的結(jié)構(gòu)及特點，以及他們之間的區(qū)別；
（3）PLC的特點；
（4）應(yīng)用于數(shù)控機床中的兩種PLC的型式、特點和區(qū)別；
（5）常用的反應(yīng)式、永磁感應(yīng)子式步進電動機的主要區(qū)別；
（6）步進電動機的轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)速的計算；
（7）直流主軸電動機、交流主軸電動機、永磁直流伺服電動機、永磁同步交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)及特點，以及它們之間的區(qū)別；
（8）CNC裝置的控制流程及CNC軟件的特點。
2.熟悉以下內(nèi)容：
（1）數(shù)控機床的各種分類方法；
（2）CNC裝置所具有的功能；
（3）PLC的組成、技術(shù)指標；
（4）伺服系統(tǒng)的分類以及數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求；
（5）步進電動機的工作原理、特點及主要性能指標；
（6）直流主軸電動機的性能及速度控制方法；
（7）永磁直流伺服電動機的性能及速度控制方法；
（8）交流主軸電動機的性能及速度控制方法；
（9）永磁同步交流伺服電動機的性能及速度控制方法；
（10）柔性制造單元的結(jié)構(gòu)形式，柔性制造單元與加工中心的區(qū)別；
（11）工業(yè)機器人的特性參數(shù)和技術(shù)要求。
3.了解以下內(nèi)容：
（1）數(shù)控機床及其產(chǎn)生和發(fā)展；
（2）數(shù)控機床加工與普通機床加工的區(qū)別；
（3）采用數(shù)控機床的原因和必然性；
（4）數(shù)控機床再生改造應(yīng)該考慮的問題；
（5）開放式CNC裝置的組成方式；
（6）PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用；
（7）步進電動機對驅(qū)動電源的要求，驅(qū)動電源的組成和功能；
（8）工業(yè)機器人的組成、分類及編程方式；
（9）柔性制造系統(tǒng)的基本功能、組成及其柔性。
（三）要點內(nèi)容
1.數(shù)控機床及其產(chǎn)生和發(fā)展
數(shù)控機床是一種采用計算機，利用數(shù)字化信息進行控制的，具有高附加值的，技術(shù)密集型機電一體化產(chǎn)品。
數(shù)控機床自上個世紀50年代問世以來，得到了迅速發(fā)展，不斷地更新?lián)Q代。我國的數(shù)控機床行業(yè)起步于1958年。到目前為止，我國在開發(fā)、設(shè)計、制造具 有自主版權(quán)的中、高檔CNC系統(tǒng)方面取得了可喜的成果。我國的數(shù)控產(chǎn)品覆蓋了車、銑（包括仿型銑）、鏜銑、鉆、磨、加工中心及齒輪機床、折彎機、火焰切割 機、柔性制造單元等，品種達300多種。中、低檔CNC系統(tǒng)已達到小批量生產(chǎn)能力。
2.數(shù)控加工與普通機床加工的區(qū)別
數(shù)控機床是高效的自動化機床。數(shù)控機床加工不同于普通機床加工，在數(shù)控機床上加工零件，是將加工過程所需要的各種操作（如主軸的起停、換向及變速，工 件或刀具的送進，刀具選擇，冷卻液供給等）以及零件的形狀、尺寸按規(guī)定的編碼方式寫成數(shù)控加工程序，輸入到數(shù)控裝置中。再由數(shù)控裝置對這些輸入的信息進行 處理和運算，并控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)，使坐標軸協(xié)調(diào)移動，從而實現(xiàn)刀具與工件間的相對運動，完成零件的加工。當被加工工件改變時，除了重新裝夾工件和更換刀具 外，只需更換程序。而在普通機床上加工零件，是由操作者根據(jù)圖紙要求，手動操作機床，不斷改變刀具與工件相對運動參數(shù)（位置、速度等），使刀具從工件上切 除多余材料，最終獲得符合技術(shù)要求的尺寸、形狀、表面質(zhì)量及位置要求的零件。
3.采用數(shù)控機床的原因和必然性
數(shù)控機床的前期投資費用以及維修（技術(shù)）費用比較高.對管理及操作人員素質(zhì)的要求也比較高。但是采用數(shù)控機床不僅節(jié)約勞動力，提高勞動生產(chǎn)率，還可以 提高產(chǎn)品質(zhì)量，對開發(fā)新產(chǎn)品和促進老產(chǎn)品更新?lián)Q代，加速流動資金周轉(zhuǎn)和縮短交貨期都起很大作用。合理選用數(shù)控機床可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本、提高企業(yè)的經(jīng)濟 效益與競爭力。因此，普通機床正在大量地被數(shù)控機床取代。數(shù)控機床已經(jīng)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)必不可少的設(shè)備。采用數(shù)控機床，提高機械工業(yè)的數(shù)控化率是當前機械制 造業(yè)技術(shù)改造和技術(shù)更新的必由之路。
4.數(shù)控機床的組成
數(shù)控機床由CNC系統(tǒng)和機床主機及輔助裝置組成。
CNC系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、CNC裝置及主軸、進給控制單元組成。零件加工程序是CNC系統(tǒng)的重要組成部分。輸入輸出設(shè)備主要用于零件加工程序 的編制、存儲、打印、顯示等。不同檔次的CNC系統(tǒng)其輸入輸出設(shè)備的復(fù)雜程度也不一樣。CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心部件，它由計算機（包括硬件和軟 件）、可編程序控制器（PIC）和接口電路組成。
主軸控制單元與交、直流主軸電動機及其進給檢測元件組成主軸驅(qū)動裝置，用于控制主軸的旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)在寬范圍內(nèi)速度連續(xù)可調(diào)，并在每種速度下都能提供切削所需要的功率。
進給控制單元與進給伺服電動機（功率步進電動機或交、直流伺服電動機）及其檢測元件組成進給驅(qū)動裝置，用于控制機床各坐標軸的切削進給運動，提供切削過程中所需要的扭矩，并可以任意調(diào)節(jié)運動速度。再配以位置控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)對工作臺 （或刀具）位置的精確控制，這就是進給伺服軀動系統(tǒng)。
為了滿足數(shù)控機床高自動化、高效率、高精度、高速度、高可靠性的要求，與普通機床相比，數(shù)控機床主機的機械結(jié)構(gòu)需滿足高剛度和高抗振性、小的機床熱變 形等要求，為此在結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選用上采取一系列措施；此外，在數(shù)控機床中多采用高效率、無間隙、低摩擦傳動，并采用高性能、寬調(diào)速范圍交、直流服電動機 和主軸電動機，以盡量簡化機械傳動結(jié)構(gòu)。
輔助裝置是保證數(shù)控機床功能充分發(fā)揮所需要的配套部件，包括：電器、液壓、氣動元件及系統(tǒng)，冷卻、排屑、防護、潤滑、照明、儲運等一系列裝置，交換工作臺，數(shù)控轉(zhuǎn)臺，數(shù)控分度頭，刀具及其監(jiān)控檢測裝置等。
5.數(shù)控機床的分類
按照能夠控制刀具與工件相對運動的軌跡可以把數(shù)控機床分為點位控制數(shù)控機床和輪廓控制數(shù)控機床。點位控制數(shù)控機床只控制工作臺（或刀具）從一點精確地 移動到另一點，移動過程中不進行加工。采用這種控制方案的有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床等。輪廓控制數(shù)控機床不僅控制工作臺（或刀具）的起點和終點坐 標，而且還要控制軌跡上每一點的速度和位置，因而能夠加工曲線（或曲面）。數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控電加工機床、加工中心等都采用這種控制方 案。
按照伺服系統(tǒng)的控制方式可以把數(shù)控機床分為開環(huán)控制數(shù)控機床、閉環(huán)控制數(shù)控機床和半閉環(huán)控制數(shù)控機床。開環(huán)控制方式與閉環(huán)、半閉環(huán)控制方式的區(qū)別是明 顯的。閉環(huán)和半閉環(huán)控制方式都有反饋控制系統(tǒng)，都包括位置、速度控制單元，都采用交、直流伺服電動機作為執(zhí)行元件，都有位置、速度檢測器，速度檢測器都可 以安裝在電動機的軸端。區(qū)別是：閉環(huán)控制其位檢測器安裝在機床工作臺上，環(huán)內(nèi)包括絲杠、螺母副、工作臺等傳動部件，設(shè)計、調(diào)試難度大，但控制精度高。而半 閉環(huán)控制其位檢測器安裝在電動機軸端或絲杠的軸端，一般位置測量和速度測量用一個檢測器。由于環(huán)中包括的傳動部件少，設(shè)計、調(diào)試難度小，但控制精度不如閉 環(huán)的高。
按照加工方式可以把數(shù)控機床分為金屬切削類、金屬成型類、特種加工類和其他類等數(shù)控機床。
數(shù)控機床還可以按其功能水平分高、中、低三檔。
6.數(shù)控機床再生改造應(yīng)該考慮的問題
（1）正確估計被改造數(shù)控機床的剩余價值。在對舊數(shù)控機床進行改造時，必須仔細分析這臺數(shù)控機床哪些部分還可利用，哪些必須更新。一般要求可利用的剩 余價值不應(yīng)低于總價值的三分之一。一般來說，舊數(shù)控機床中剩余價值較大的是機械部分及配套附件，數(shù)控系統(tǒng)往往都需要更新。
（2）對是否值得改造做出判斷。設(shè)備技術(shù)改造力求投資少，一般不應(yīng)超過同類新設(shè)備購置費用的40%-60%。
（3）對舊數(shù)控機床進行再生改造時，應(yīng)避免只搞局部改造，而應(yīng)做全面配套改造。
（4）再生改造要與企業(yè)的實際生產(chǎn)狀況相適應(yīng)。設(shè)備改造的宗旨是以有限的投入創(chuàng)造出較大的經(jīng)濟效益，因此不一定要把設(shè)備改造成一流水平。
7.CNC裝置所具有的功能
CNC裝置的基本功能包括控制功能、準備功能、插補功能、進給功能、主軸功能、輔助功能、刀具功能、字符顯示功能及診斷功能等；還有一些功能屬于CNC裝置的選擇功能，如補償功能、固定循環(huán)功能、圖形顯示功能、通信功能、在線自動編程功能等。
8.單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的結(jié)構(gòu)、特點及區(qū)別
CNC裝置的硬件有單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)形式。
單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置采用以總線為中心的計算機結(jié)構(gòu)，微處理器通過總線與存儲器、PLC、位置控制器及各種接口相連。CNC裝置的接口包括與機床側(cè)的信號輸入輸出接口、與上位計算機的通信接口及與標準輸入輸出設(shè)備的接口。
單微處理器CNC裝置只有一個微處理器。有的CNC裝置雖然有兩個或兩個以上微處理器，但只有一個微處理器能夠控制總線，占有總線資源，其他微處理器 不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲器，只作為智能部件工作，這種CNC裝置也屬于單微處理器結(jié)構(gòu)。由于只有一個微處理器，因此多采用集中控制、分時處理的 方式完成數(shù)控的各項功能。由于所有數(shù)控功能由一個微處理器完成，因此CNC裝置的功能將受微處理器釣字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制。 CNC裝置的檔次主要由微處理器的品質(zhì)決定。
按印刷電路板插接方式的不同單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置分為大板結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)。
多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)，有多個微處理器，每個微處理器分管各自的任務(wù)，形成特定的功能單元，即功能模塊?；竟δ苣K包括CNC管 理模塊、CNC插補模塊、位置控制模塊、存儲器模塊、PLC模塊和指令、數(shù)據(jù)的輸入輸出及顯示模塊。進一步擴展功能，可增加相應(yīng)模塊。多微處理器結(jié)構(gòu) CNC裝置各模塊之間的互連和通信除了采用共享總線結(jié)構(gòu)外，還采用共享存儲器結(jié)構(gòu)。
多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置采用積木方式組成CNC裝置，具有良好的適應(yīng)性和擴展性。插件模塊更換方便，可使故障對系統(tǒng)的影響降到最低。運算速度高，更適合多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求。
單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的區(qū)別歸納如下：
（1）單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置只有一個微處理器能夠控制總線，占有總線資源，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置有多個微處理器。
（2）單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置采用以總線為中心的計算機結(jié)構(gòu)，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置各模塊之間的互連和通信除了采用共享總線結(jié)構(gòu)外，還采用共享存儲器結(jié)構(gòu)。
（3）單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置有大板和模塊兩種結(jié)構(gòu)形式，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置都采用模塊化結(jié)構(gòu)形式。
（4）單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的功能受微處理器的字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制，用于控制功能不十分復(fù)雜的數(shù)控機床中。多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置適合多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控機床。
（5）與單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置相比，多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置具有更好的適應(yīng)性和擴展性。使故障對系統(tǒng)的影響更低。
9.開放式CNC裝置的組成方式
CNC裝置的開放化是制造業(yè)最終用戶、機床生產(chǎn)廠家以及CNC生產(chǎn)／—家共同的需求。開放化具體體現(xiàn)在：系統(tǒng)組成內(nèi)部的開放化，亦即系統(tǒng)內(nèi)部硬、軟的 公開化；系統(tǒng)組成各部分之間的開放化，即使各組成部分（如CNC、伺服驅(qū)動、主軸驅(qū)動等）之間的接口標準化。其組成方式一般有：
（1）PC連接型CNC，是一種將現(xiàn)有CNC與PC通過串行通信連接起來的一種形式。
（2）PC內(nèi)藏型；CNC，即在CNC內(nèi)部加裝 PC，PC與CNC之間通過專用總線連接。
（3）CNC內(nèi)藏型PC，即在通用PC的擴展槽中插入專用CNC，專用CNC具有包括加工軌跡生成等幾乎所有的CNC處理功能。
（4）全軟件型NC，即CNC的全部功能都由PC完成，并通過裝在PC擴展槽中的接口卡進行伺服驅(qū)動控制。
10.CNC裝置的控制流程及CNC軟件的特點
CNC裝置需要執(zhí)行兩種控制，即NC控制和輔助控制。因此，CNC軟件要處理兩種信息，即低速輔助信息和高速軌跡信息。各種控制指令、參數(shù)及加工數(shù)據(jù) 通過輸入設(shè)備送入CNC裝置的存儲器中，加工時從存儲器中調(diào)出零件加工程序，按程序段進行譯碼，將零件加工程序轉(zhuǎn)變?yōu)镃NC裝置能夠接受的代碼。譯碼后分 成兩路；一路是低速輔助信息，包括輔助功能M、主軸轉(zhuǎn)速功能s和刀具功能T，該路信息通過PLC處理并輸出；另一路是高速軌跡信息，通過預(yù)處理（刀具補償 處理和速度處理）后，進行插補計算、位置控制，控制伺服系統(tǒng)實現(xiàn)坐標軸的協(xié)同移動。
CNC軟件的特點是多任務(wù)并行處理：CNC系統(tǒng)軟件需要完成多項任務(wù)，包括輸入、I／O處理、顯示、診斷等管理任務(wù)和譯碼、刀具補償、速度處理、插 補、位置控制等控制任務(wù)。在許多情況下CNC裝置中的管理和控制的某些任務(wù)必須同時執(zhí)行，即所謂的并行處理。
11.PLC的組成、技術(shù)指標
可編程序控制器PLC實質(zhì)上是一種專用工業(yè)控制計算機，其組成包括硬件和軟件兩大部分。其硬件包括基本組成部分、I/O擴展部分和外部設(shè)備三大部分。 基本部分包括CPU及存儲器、輸入輸出接口、電源等；I/O擴展部分是為系統(tǒng)擴展輸.A輸出點數(shù)而設(shè)計的；外部設(shè)備是開發(fā)PLC控制系統(tǒng)（設(shè)計、調(diào)試應(yīng)用 程序）的輔助設(shè)備，主要有編程器、EPROM寫入器、磁帶機、打印機、監(jiān)視器等。PLC軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件由PLC生產(chǎn)廠家編制，一般 固化在ROM中，隨機提供給用戶。應(yīng)用軟件由用戶根據(jù)控制需要編寫，可存儲在帶鋰電池保護的RAM中、EPROM模塊（盒）中或盒式磁帶中。PLC機插入 裝有用戶程序的EPROM模塊，則執(zhí)行EPROM模塊中的程序。PLC機沒有EPROM模塊插入，則執(zhí)行RAM中的程序。
PLC的主要技術(shù)指標包括存儲容量、掃描速度、I/O點數(shù)、編程語言等。
12.PLC的特點
PLC的特點有控制程序可變，具有良好的柔性；采用面向過程的語言編程，編程方便；功能完善；擴展方便，配置靈活；系統(tǒng)構(gòu)成簡單，安裝調(diào)試方便；可靠性高等。正因為它具有上述特點才在數(shù)控機床及機械制造中得到廣泛應(yīng)用。
13.應(yīng)用于數(shù)控機床中的兩種PLC的型式、特點、區(qū)別
可編程序控制器應(yīng)用于數(shù)控機床中有兩種型式，即內(nèi)裝型和獨立型。
內(nèi)裝型PLC的特點是：
（1）其性能指標由所屬的CNC裝置的性能規(guī)格確定。它的硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統(tǒng)一設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)緊湊、適配性強等優(yōu)點。
（2）它有與CNC共用微處理器和具有專用微處理器兩種類型：前者利用CNC微處理器的余力來完成PLC的功能，I/O點數(shù)較少；后者由于有獨立的微處理器，多用于順序程序復(fù)雜及動作速度要求快的場合。
（3）它與CNC其他電路同裝在一個機箱內(nèi)，共用一個電源和地線。
（4）它的硬件電路可與CNC其他電路制作在同一塊印刷電路板上，也可以單獨制成一塊附加印刷電路板。
（5）它對外沒有單獨配置的I/O接口電路，而是使用CNC裝置本身的I/O接口電路。
（6）采用內(nèi)裝型PLC，擴大了CNC內(nèi)部直接處理的窗口通信功能，可以采用梯形圖編輯和傳送高級控制功能，且造價低，提高了CNC的性能／價格比。
獨立型PLC的特點是：
（1）可根據(jù)數(shù)控機床對控制功能的要求靈活選購或自行開發(fā)。
（2）有自己的I／O接口電路，PLC與CNC裝置、PLC與機床側(cè)的連接都通過I/O接口電路連接。PLC本身采用模塊化結(jié)構(gòu)，裝在插板式籠箱內(nèi)，I／O點數(shù)可通過I／O模塊或插板的增減靈活配置。
（3）可以擴大CNC的控制功能，可以形成兩個以上的附加軸控制。
（4）在性能／價格比上不如內(nèi)裝型PLC。
由內(nèi)裝型和獨立型PLC的特點不難看出它們之間的區(qū)別：
（1）內(nèi)裝型PLC其硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統(tǒng)一設(shè)計，其性能指標由所屬的CNC裝置的性能，規(guī)格確定。而獨立型PLC是根據(jù)數(shù)控機床對控制功能要求進行靈活選購或自行開發(fā)的單獨的PLC機。
（2）內(nèi)裝型PLC可以與CNC共用一個微處理器，而獨立型PLC不與CNC共用一個微處理器。
（3）內(nèi)裝型PLC與CNC其他電路同裝在一個機箱內(nèi)，共用一個電源和地線。而獨立型PLC本身采用模塊化結(jié)構(gòu)，單獨裝在插板式籠箱內(nèi)，I/O點數(shù)可通過I/O模塊或插板的增減靈活配置。
（4）內(nèi)裝型PLC對外沒有單獨配置的I/O接口電路，面是使用CNC裝置本身的I/O接口電路。而獨立型PLC有自己的I/O接口電路，PLC與CNC裝置、PLC與機床側(cè)的連接都通過I/O接口電路連接；
（5）獨立型PLC可以擴展CNC的控制功能，可以形成兩個以上的附加軸控制。而內(nèi)裝型PLC則不可以。
（6）在性能／價格比上，內(nèi)裝型PIE高于獨立型。