13.磨床
磨床是用磨具或磨料加工工件各種表面的精密加工機床，通常，磨具旋轉(zhuǎn)為主運動。
磨床特點：
（1）切削工具砂輪是由無數(shù)細小、尖硬、鋒利的非金屬磨粒粘接而成的多刃工具，并且做高速旋轉(zhuǎn)的主運動。
（2）萬能性強，適應性更廣。
（3）磨床種類多，范圍廣，能適應磨削各種加工表面、工件形狀及生產(chǎn)批量的要求。
（4）磨削加工余量小，生產(chǎn)率高，容易實現(xiàn)自動化和半自動化，可廣泛應用于流水線和自動生產(chǎn)線中。
（5）磨削加工精度高，表面質(zhì)量高。
常見的普通磨床有：外圓磨床、內(nèi)圓磨床和平面磨床。
外圓磨床由床身、工作臺、頭架、尾架、砂輪架以及液壓操縱系統(tǒng)組成。可磨削工件的外圓柱面和外圓錐面。其中萬能外圓磨床構(gòu)造與普通外圓磨床基本相同， 所不同的是它的砂輪架上、頭架上和工作臺上都裝有轉(zhuǎn)盤，并增加了內(nèi)圓磨具等附件，故萬能外圓磨床還能磨削內(nèi)圓柱面及錐度較大的內(nèi)外圓錐面。
內(nèi)圓磨床由床身、工作臺、頭架、砂輪架、滑臺組成，主要用于磨削內(nèi)圓柱面、內(nèi)圓錐面及端面等。
平面磨床用來磨削工件的平面。主要由床身、工作臺、立柱、滑座、砂輪架等部件組成。平面磨床的工作臺一般是電磁工作臺，工件安放在電磁工作臺上，靠電磁吸力吸住工件。
14.特種加工機床
特種加工機床是利用電能、電化學能、光能、聲能等特種加工方法加工工件的機床。主要用于一般切削方法難以加工（如材料性能特殊、形狀復雜）的工件。
電火花加工是利用兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象對材料進行加工的。常見的有電火花成形加工機床和電火花切割加工機床。其特點是：
（1）可加工任何硬、脆、韌、高熔點、高純度的導電材料。
（2）加工時機床和刀具間不存在顯著機械力作用。
（3）加工中不受熱的影響。
（4）同一臺機床可進行粗、半精加工、精加工。
（5）便于實現(xiàn)自動化。
超聲波加工是利用工具作超聲頻振動沖擊磨料，進行撞擊和拋磨工件，從而達到加工目的。其特點是：
（1）超聲波加工適于加工各種硬脆材料。
（2）易于加工出各種復雜形狀的型孔、型腔和成形表面。
（3）由于切削力小，適于加工薄壁等不能承受較大機械應力的零件。
激光加工是利用光能經(jīng)過透鏡聚焦后達到很高的能量密度，依靠光熱效應來加工各種材料。其特點是：
（1）不受材料性能限制，幾乎所有材料均能加工。
（2）加工時不需刀具，屬于非接觸加工。
（3）加工速度極高，熱影響區(qū)小，易實現(xiàn)加工過程自動化。
（4）可通過透明介質(zhì)進行加工。
15.組合機床
組合機床是以通用部件為基礎，配以少量專用部件對一種或若干種工件按預定的工序進行加工的機床。
與其他機床相比有下列特點：
（1）設計制造周期短。
（2）自動化程度高。
（3）通用化程度高。
（4）能穩(wěn)定地保證加工精度。
（5）易于聯(lián)成自動線。
在組合機床上，可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序。組合機床既有專用機床生產(chǎn)率高、結(jié)構(gòu)簡單的特點，又具有通用機床易于更新調(diào)整，以適應新的加工對象的特點。
16.組合機床自動線
由若干臺組合機床及輔助設備組成的自動化生產(chǎn)線稱為組合機床自動線。
組合機床自動線是用工件自動傳送系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)，把按加工工序合理排列的若干臺組合機床或自動機床和其他輔助設備聯(lián)系起來的自動生產(chǎn)線。
組合機床自動線的基本結(jié)構(gòu)有下列幾部分：
（1）組合機床或自動機床。
（2）傳送機構(gòu)。
（3）自動線的操縱機構(gòu)。
組合機床自動線能減輕工人勞動強度，減少操作人員，減少輔
助運輸工具和減少占地面積，能提高勞動生產(chǎn)率，降低產(chǎn)品成本。
五、數(shù)控機床及工業(yè)機器人
（一）考試目的 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)設備、相關(guān)技術(shù)熟悉的情況，考核考生對機電一體化設備、系統(tǒng)的必要基礎知識掌握的程度。
（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）常用的反應式、永磁感應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)其輸入輸出設備的復雜程度也不一樣。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。設備技術(shù)改造力求投資少，一般不應超過同類新設備購置費用的40%-60%。
（3）對舊數(shù)控機床進行再生改造時，應避免只搞局部改造，而應做全面配套改造。
（4）再生改造要與企業(yè)的實際生產(chǎn)狀況相適應。設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，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并行處理：CNC系統(tǒng)軟件需要完成多項任務，包括輸入、I／O處理、顯示、診斷等管理任務和譯碼、刀具補償、速度處理、插 補、位置控制等控制任務。在許多情況下CNC裝置中的管理和控制的某些任務必須同時執(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)而設計的；外部設備是開發(fā)PLC控制系統(tǒng)（設計、調(diào)試應用 程序）的輔助設備，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用。
13.應用于數(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。
14.PLC在工業(yè)控制中的應用
PLC廣泛應用于工業(yè)控制中，可以應用PLC進行順序控制和開關(guān)邏輯控制、閉環(huán)過程控制、組合數(shù)字控制，可以組成多級控制系統(tǒng)及控制機器人等，PLC也可以用于位置控制中。
15。伺服系統(tǒng)的分類以及數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求
按照控制對象和使用目的的不同，數(shù)控機床伺服系統(tǒng)可分為進給伺服系統(tǒng)、主軸伺服系統(tǒng)和輔助伺服系統(tǒng)。按照伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)理論，數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)可 分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)；按驅(qū)動部件的動作原理又可將其分為電液控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)又有步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)、直流伺服電動機驅(qū)動系 統(tǒng)和交流伺服電動機驅(qū)動系統(tǒng)。按照反饋控制方式，數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)有脈沖比較、相位比較、幅值比較和全數(shù)字等伺服系統(tǒng)之分。
數(shù)控機床的進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)應該滿足高精度、快速響應、調(diào)速范圍寬、低速大轉(zhuǎn)矩、可靠性高等要求。數(shù)控機床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)不僅應該具有寬的調(diào)速范圍， 而且能在盡可能寬的調(diào)連范圍內(nèi)保持恒功率輸出。另外，為了滿足不同數(shù)控機床的加工要求，主軸驅(qū)動系統(tǒng)還應該滿足一些特殊要求。例如，為了能在數(shù)控車床上加 工螺紋要求主軸驅(qū)動與進給驅(qū)動實行同步控制；為了保證端面加工的表面粗糙度，要求數(shù)控車床、數(shù)控磨床等機床的主軸驅(qū)動具有恒線速切削功能；加工中心的主軸 驅(qū)動系統(tǒng)應具有高精度的主軸停位控制功能，以便進行自動換刀；有的數(shù)控機床還要求主軸驅(qū)動系統(tǒng)具有角度控制功能。
16.步進電動機的工作原理及特點
步進電動機是一種同步電動機，定子磁場在空間旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子跟隨磁場同步旋轉(zhuǎn)。定子磁場的激磁磁勢為脈沖式，使磁場以一定頻率步進式旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子也就一步 一步旋轉(zhuǎn)?？梢姡竭M電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移（或直線位移）的執(zhí)行元件。給步進電動機供電的電源是脈沖電源，而不是直流電源或正弦交流電 源。步進電動機的優(yōu)點有：步進電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速主要取決于脈沖的頻率，轉(zhuǎn)子總的角位移取決于總的脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)于的轉(zhuǎn)向取決于分配脈沖的相序。其步距值不受各 種干擾因素的影響。步距誤差不長期積累，步進電動機每走一步所轉(zhuǎn)過的角度（實際步距值）與理論步距值之間總有一定的誤差。從某一步到任何一步，即走任意步 數(shù)后，也總會有一定的累積誤差，但每轉(zhuǎn)一圈的累積誤差為零。但步進電動機的過載能力比較差。
17.步進電動機的主要性能指標
步進電動機的主要性能指標有：
（1）步距精度。我國生產(chǎn)的步進電動機的步距精度一般在±10~±30分的范圍，有些可達±2—±5分。
（2）靜轉(zhuǎn)矩。用以衡量步進電動機帶負載的能力。
（3）起動頻率。是使步進電動機能夠由靜止定位狀態(tài)不失步地起動，并進入正常運行的控制脈沖頻率。在電動機空載情況下，稱為空載起動頻率。在有負載情況下，不失步起動所允許的頻率將大大降低。
（4）連續(xù)運行頻率。步進電動機起動后，其轉(zhuǎn)速將跟隨控制脈沖頻率連續(xù)上升而不失步的控制脈沖的頻率稱為連續(xù)運行頻率的工作頻率。步進電動機的連續(xù)運行頻率隨負載的增大而下降，但步進電動機連續(xù)運行頻率遠高于其起動頻率。
磨床是用磨具或磨料加工工件各種表面的精密加工機床，通常，磨具旋轉(zhuǎn)為主運動。
磨床特點：
（1）切削工具砂輪是由無數(shù)細小、尖硬、鋒利的非金屬磨粒粘接而成的多刃工具，并且做高速旋轉(zhuǎn)的主運動。
（2）萬能性強，適應性更廣。
（3）磨床種類多，范圍廣，能適應磨削各種加工表面、工件形狀及生產(chǎn)批量的要求。
（4）磨削加工余量小，生產(chǎn)率高，容易實現(xiàn)自動化和半自動化，可廣泛應用于流水線和自動生產(chǎn)線中。
（5）磨削加工精度高，表面質(zhì)量高。
常見的普通磨床有：外圓磨床、內(nèi)圓磨床和平面磨床。
外圓磨床由床身、工作臺、頭架、尾架、砂輪架以及液壓操縱系統(tǒng)組成。可磨削工件的外圓柱面和外圓錐面。其中萬能外圓磨床構(gòu)造與普通外圓磨床基本相同， 所不同的是它的砂輪架上、頭架上和工作臺上都裝有轉(zhuǎn)盤，并增加了內(nèi)圓磨具等附件，故萬能外圓磨床還能磨削內(nèi)圓柱面及錐度較大的內(nèi)外圓錐面。
內(nèi)圓磨床由床身、工作臺、頭架、砂輪架、滑臺組成，主要用于磨削內(nèi)圓柱面、內(nèi)圓錐面及端面等。
平面磨床用來磨削工件的平面。主要由床身、工作臺、立柱、滑座、砂輪架等部件組成。平面磨床的工作臺一般是電磁工作臺，工件安放在電磁工作臺上，靠電磁吸力吸住工件。
14.特種加工機床
特種加工機床是利用電能、電化學能、光能、聲能等特種加工方法加工工件的機床。主要用于一般切削方法難以加工（如材料性能特殊、形狀復雜）的工件。
電火花加工是利用兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象對材料進行加工的。常見的有電火花成形加工機床和電火花切割加工機床。其特點是：
（1）可加工任何硬、脆、韌、高熔點、高純度的導電材料。
（2）加工時機床和刀具間不存在顯著機械力作用。
（3）加工中不受熱的影響。
（4）同一臺機床可進行粗、半精加工、精加工。
（5）便于實現(xiàn)自動化。
超聲波加工是利用工具作超聲頻振動沖擊磨料，進行撞擊和拋磨工件，從而達到加工目的。其特點是：
（1）超聲波加工適于加工各種硬脆材料。
（2）易于加工出各種復雜形狀的型孔、型腔和成形表面。
（3）由于切削力小，適于加工薄壁等不能承受較大機械應力的零件。
激光加工是利用光能經(jīng)過透鏡聚焦后達到很高的能量密度，依靠光熱效應來加工各種材料。其特點是：
（1）不受材料性能限制，幾乎所有材料均能加工。
（2）加工時不需刀具，屬于非接觸加工。
（3）加工速度極高，熱影響區(qū)小，易實現(xiàn)加工過程自動化。
（4）可通過透明介質(zhì)進行加工。
15.組合機床
組合機床是以通用部件為基礎，配以少量專用部件對一種或若干種工件按預定的工序進行加工的機床。
與其他機床相比有下列特點：
（1）設計制造周期短。
（2）自動化程度高。
（3）通用化程度高。
（4）能穩(wěn)定地保證加工精度。
（5）易于聯(lián)成自動線。
在組合機床上，可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序。組合機床既有專用機床生產(chǎn)率高、結(jié)構(gòu)簡單的特點，又具有通用機床易于更新調(diào)整，以適應新的加工對象的特點。
16.組合機床自動線
由若干臺組合機床及輔助設備組成的自動化生產(chǎn)線稱為組合機床自動線。
組合機床自動線是用工件自動傳送系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)，把按加工工序合理排列的若干臺組合機床或自動機床和其他輔助設備聯(lián)系起來的自動生產(chǎn)線。
組合機床自動線的基本結(jié)構(gòu)有下列幾部分：
（1）組合機床或自動機床。
（2）傳送機構(gòu)。
（3）自動線的操縱機構(gòu)。
組合機床自動線能減輕工人勞動強度，減少操作人員，減少輔
助運輸工具和減少占地面積，能提高勞動生產(chǎn)率，降低產(chǎn)品成本。
五、數(shù)控機床及工業(yè)機器人
（一）考試目的 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)設備、相關(guān)技術(shù)熟悉的情況，考核考生對機電一體化設備、系統(tǒng)的必要基礎知識掌握的程度。
（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）常用的反應式、永磁感應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)其輸入輸出設備的復雜程度也不一樣。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。設備技術(shù)改造力求投資少，一般不應超過同類新設備購置費用的40%-60%。
（3）對舊數(shù)控機床進行再生改造時，應避免只搞局部改造，而應做全面配套改造。
（4）再生改造要與企業(yè)的實際生產(chǎn)狀況相適應。設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，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并行處理：CNC系統(tǒng)軟件需要完成多項任務，包括輸入、I／O處理、顯示、診斷等管理任務和譯碼、刀具補償、速度處理、插 補、位置控制等控制任務。在許多情況下CNC裝置中的管理和控制的某些任務必須同時執(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)而設計的；外部設備是開發(fā)PLC控制系統(tǒng)（設計、調(diào)試應用 程序）的輔助設備，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用。
13.應用于數(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。
14.PLC在工業(yè)控制中的應用
PLC廣泛應用于工業(yè)控制中，可以應用PLC進行順序控制和開關(guān)邏輯控制、閉環(huán)過程控制、組合數(shù)字控制，可以組成多級控制系統(tǒng)及控制機器人等，PLC也可以用于位置控制中。
15。伺服系統(tǒng)的分類以及數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求
按照控制對象和使用目的的不同，數(shù)控機床伺服系統(tǒng)可分為進給伺服系統(tǒng)、主軸伺服系統(tǒng)和輔助伺服系統(tǒng)。按照伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)理論，數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)可 分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)；按驅(qū)動部件的動作原理又可將其分為電液控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)又有步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)、直流伺服電動機驅(qū)動系 統(tǒng)和交流伺服電動機驅(qū)動系統(tǒng)。按照反饋控制方式，數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)有脈沖比較、相位比較、幅值比較和全數(shù)字等伺服系統(tǒng)之分。
數(shù)控機床的進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)應該滿足高精度、快速響應、調(diào)速范圍寬、低速大轉(zhuǎn)矩、可靠性高等要求。數(shù)控機床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)不僅應該具有寬的調(diào)速范圍， 而且能在盡可能寬的調(diào)連范圍內(nèi)保持恒功率輸出。另外，為了滿足不同數(shù)控機床的加工要求，主軸驅(qū)動系統(tǒng)還應該滿足一些特殊要求。例如，為了能在數(shù)控車床上加 工螺紋要求主軸驅(qū)動與進給驅(qū)動實行同步控制；為了保證端面加工的表面粗糙度，要求數(shù)控車床、數(shù)控磨床等機床的主軸驅(qū)動具有恒線速切削功能；加工中心的主軸 驅(qū)動系統(tǒng)應具有高精度的主軸停位控制功能，以便進行自動換刀；有的數(shù)控機床還要求主軸驅(qū)動系統(tǒng)具有角度控制功能。
16.步進電動機的工作原理及特點
步進電動機是一種同步電動機，定子磁場在空間旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子跟隨磁場同步旋轉(zhuǎn)。定子磁場的激磁磁勢為脈沖式，使磁場以一定頻率步進式旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子也就一步 一步旋轉(zhuǎn)?？梢姡竭M電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移（或直線位移）的執(zhí)行元件。給步進電動機供電的電源是脈沖電源，而不是直流電源或正弦交流電 源。步進電動機的優(yōu)點有：步進電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速主要取決于脈沖的頻率，轉(zhuǎn)子總的角位移取決于總的脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)于的轉(zhuǎn)向取決于分配脈沖的相序。其步距值不受各 種干擾因素的影響。步距誤差不長期積累，步進電動機每走一步所轉(zhuǎn)過的角度（實際步距值）與理論步距值之間總有一定的誤差。從某一步到任何一步，即走任意步 數(shù)后，也總會有一定的累積誤差，但每轉(zhuǎn)一圈的累積誤差為零。但步進電動機的過載能力比較差。
17.步進電動機的主要性能指標
步進電動機的主要性能指標有：
（1）步距精度。我國生產(chǎn)的步進電動機的步距精度一般在±10~±30分的范圍，有些可達±2—±5分。
（2）靜轉(zhuǎn)矩。用以衡量步進電動機帶負載的能力。
（3）起動頻率。是使步進電動機能夠由靜止定位狀態(tài)不失步地起動，并進入正常運行的控制脈沖頻率。在電動機空載情況下，稱為空載起動頻率。在有負載情況下，不失步起動所允許的頻率將大大降低。
（4）連續(xù)運行頻率。步進電動機起動后，其轉(zhuǎn)速將跟隨控制脈沖頻率連續(xù)上升而不失步的控制脈沖的頻率稱為連續(xù)運行頻率的工作頻率。步進電動機的連續(xù)運行頻率隨負載的增大而下降，但步進電動機連續(xù)運行頻率遠高于其起動頻率。