機械工程師資格考試培訓

第七部分數(shù)字(shùzì)控制技術及機械制造自動化機械(jīxiè)工程師資格考試培訓精品資料7.1數(shù)字(shùzì)控制技術和數(shù)控機床考核知識點：了解計算機功能、組成和工作流程了解數(shù)控（NCNumericalControl）、計算機數(shù)控（CNCComputerNumericalControl）的基本概念、系統(tǒng)構(gòu)成及工作流程了解可編程邏輯控制器（PLC）的基本概念、系統(tǒng)構(gòu)成、工作流程熟悉數(shù)控機床的特點及分類熟悉數(shù)控機床加工程序(chéngxù)的編制及可編程控制器（PLC）編程精品資料7.1.1計算機功能(gōngnéng)計算機能自動、高速進行大量(dàliàng)運算，是一種用數(shù)字式信息進行加工處理的電子機器。精品資料7.1.2計算機組成(zǔchénɡ)計算機系統(tǒng)由硬件(yìnɡjiàn)系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。計算機硬件(yìnɡjiàn)系統(tǒng)主要由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五個部分組成；計算機軟件系統(tǒng)主要由系統(tǒng)軟件和應用軟件組成。其中，計算機硬件(yìnɡjiàn)系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的基礎。精品資料7.1.2計算機組成(zǔchénɡ)（續(xù)）精品資料7.1.2計算機組成(zǔchénɡ)（續(xù)）計算機硬件組成(zǔchénɡ)精品資料7.1.2計算機組成(zǔchénɡ)（續(xù)）計算機硬件的主要技術指標字長：指計算機能并行傳送的最大二進制位數(shù)。常見的字長有8位、16位、32位、64位等。字長越長，運算精度就越高。存儲容量：常用的容量單位是MB和GB，現(xiàn)在發(fā)展為TB。B是字節(jié)，也就是8個二進制數(shù)位，一個(yīɡè)二進制數(shù)位為1bit。運算速度：用來衡量計算機性能好壞的一項指標。運算速度單位是MIPS（millioninstructionpersecond）。CPU時間：指執(zhí)行程序占用CPU的時間。執(zhí)行時間：也稱經(jīng)過時間、響應時間。執(zhí)行時間包括：CPU時間、緩存等待時間、輸入/輸出傳輸時間。精品資料7.1.2計算機組成(zǔchénɡ)（續(xù)）計算機軟件組成(zǔchénɡ)控制物（機器）語言和監(jiān)控程序；操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫、算法語言和標準程序庫；應用程序。精品資料7.1.3計算機工作(gōngzuò)流程計算機的工作過程是將計算機數(shù)據(jù)、程序及各種字符信息輸入到存儲器中轉(zhuǎn)化為只能識別“0”和“1”的語言，并從存儲器中取出這些指令。接著由控制器中的譯碼器對指令操作部分進行識別、將識別結(jié)果向計算機各部分發(fā)出控制信號，執(zhí)行規(guī)定的操作。最后由輸出設備（如顯示器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、PLC等）實現(xiàn)各種圖形(túxíng)顯示、動作控制等。（馮.諾依曼計算機）精品資料7.1.3計算機工作(gōngzuò)流程（續(xù)）美籍匈牙利科學家馮·諾依曼（JohnvonNeumann）奠定了現(xiàn)代計算機的基本結(jié)構(gòu)。按照馮·諾依曼存儲程序的原理，計算機在執(zhí)行程序時必須先將要執(zhí)行的相關程序和數(shù)據(jù)放入內(nèi)存儲器(nèicúnchǔqì)中，在執(zhí)行程序時CPU取出指令并執(zhí)行，然后再取出下一條指令并執(zhí)行，如此循環(huán)下去直到程序結(jié)束指令時才停止執(zhí)行。其工作過程就是不斷地取指令和執(zhí)行指令的過程，最后將計算的結(jié)果放入指令指定的存儲單元中。精品資料7.1.2數(shù)控機床(shùkònɡjīchuánɡ)數(shù)控機床是一種由計算機控制的自動化設備。數(shù)控機床主要由三部分組成：主機（含傳動裝置(zhuāngzhì)和輔助裝置(zhuāngzhì)）數(shù)控系統(tǒng)（含數(shù)控裝置(zhuāngzhì)和伺服裝置(zhuāngzhì)）數(shù)控程序精品資料7.1.2數(shù)控機床(shùkònɡjīchuánɡ)（續(xù)）數(shù)控機床運動控制方式開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，有位置反饋裝置，反饋裝置裝在機床執(zhí)行件上。半閉環(huán)控制系統(tǒng)，有位置反饋裝置，但位置反饋裝置裝在伺服傳動鏈中的某些環(huán)節(jié)（如伺服電機）上測定(cèdìng)其轉(zhuǎn)角。復合系統(tǒng)控制。是在開環(huán)系統(tǒng)的基礎上附加了位置檢測裝置和誤差補償回路的驅(qū)動系統(tǒng)精品資料7.1.3數(shù)控(NC)和計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理(yuánlǐ)和功能數(shù)控（NCNumericalControl）裝置是數(shù)控裝備的控制核心。通常(tōngcháng)由一臺專用計算機、信息輸入和伺服系統(tǒng)組成。見書圖7.1-5數(shù)控（NC）裝置的工作過程是：將信息、程序通過專用計算機的輸入裝置，由控制器中的譯碼器對輸入的信息進行識別，將識別結(jié)果向?qū)Ｓ糜嬎銠C的輸出裝置發(fā)出控制信號，執(zhí)行規(guī)定的操作。最后由輸出裝置實現(xiàn)對伺服系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出，實現(xiàn)對伺服系統(tǒng)的控制。從本質(zhì)上將數(shù)控（NC）裝置所具有的功能都是采用專用的硬件電路來實現(xiàn)的，因此也稱為硬件數(shù)控裝置。而CNC裝置被稱為軟件數(shù)控裝置。精品資料7.1.3數(shù)控(NC)和計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理(yuánlǐ)和功能（續(xù)）以小型通用計算機或微型計算機的系統(tǒng)控制程序來實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，稱為CNC（ComputerNumericalController），已成為(chéngwéi)主流控制系統(tǒng)。CNC的組成與計算機一樣包括：硬件、軟件。硬件裝置：由CPU、存儲器、總線、輸入/輸出接口、MDI/CRT接口、位置控制、通信接口等軟件：管理軟件和控制軟件精品資料7.1.3數(shù)控(NC)和計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理(yuánlǐ)和功能（續(xù)）CNC裝置的主要功能控制(kòngzhì)功能準備功能---G功能輔助功能---M功能插補功能---G01、G02、G03固定循環(huán)加工---G代碼控制(kòngzhì)循環(huán)過程進給功能—F代碼用戶宏程序功能---主軸功能---S代碼補償功能---G代碼實現(xiàn)工具功能---T代碼精品資料7.1.4CNC控制(kòngzhì)程序編制步驟：分析(fēnxī)零件圖樣確定工藝過程數(shù)值計算編寫程序程序校驗及首件試切精品資料7.1.4CNC控制(kòngzhì)程序編制機床坐標(zuòbiāo)——右手笛卡爾坐標(zuòbiāo)系精品資料7.1.4CNC控制(kòngzhì)程序編制約定按照國際標準，以機床主軸（刀具主軸或工件主軸）軸線重合的方向作為Z軸工件坐標系與程序原點。編程時一般選擇工件上的某一點作為程序的原點，并以這個原點作為坐標系的原點，建立一個新的坐標系，這個坐標系就是所謂的工件坐標系機床坐標系與機床原點。其坐標和原點視機床的種類和結(jié)構(gòu)而定。機床原點在機床一經(jīng)設計和制造出來(chūlái)便被確定下來。絕對坐標系與相對坐標系（增量坐標系）精品資料7.1.5可編程邏輯(luójí)控制器（PLC）可編程邏輯控制器（PLC），也稱為PC、PMC等。它是個基于計算機技術制造的通用自動控制設備，是一種數(shù)字運算(yùnsuàn)操作的電子系統(tǒng)，使用特殊語言的專用微型計算機。PLC的主要特點：可靠性高。消除傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)元件多、接線復雜、故障率高的缺陷；編程簡單。采用梯形圖編程；結(jié)構(gòu)緊湊。實現(xiàn)“機-電-儀”一體化；直接帶負載能力強。與開關、執(zhí)行器件直接連接，不必另加接口。精品資料7.1.5可編程邏輯(luójí)控制器（PLC）（續(xù)）PLC實際上是一種專用的計算機。具有硬件和軟件硬件：CPU、存儲器、輸入/輸出模塊、通信接口、編程器等。按結(jié)構(gòu)形式不同，PLC主要分為(fēnwéi)整體式和模塊式精品資料7.1.5可編程邏輯(luójí)控制器（PLC）（續(xù)）整體式PLC是將中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、外設I/O接口（通信接口）等組成一體，構(gòu)成主機。CPU是PLC的核心，I/O單元是連接CPU與現(xiàn)場設備之間的接口電路模塊式PLC是將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能I/O單元、通信單元等分別(fēnbié)制作成相應的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。精品資料7.1.5可編程邏輯(luójí)控制器（PLC）（續(xù)）PLC基本工作原理中央處理器和存儲器是PLC的核心，當程序裝入存儲器后，系統(tǒng)處于正常運行時，編程器可以取消。PLC按照順序控制方式，對輸入變量、控制邏輯變量進行掃描(sǎomiáo)，完成每一指令操作。順序控制系統(tǒng)分為：時間驅(qū)動和事件驅(qū)動。精品資料7.1.5可編程邏輯(luójí)控制器（PLC）（續(xù)）PLC的主要性能指標存儲容量(cúnchǔrónɡliànɡ)I/O點數(shù)掃描速度指令的功能與數(shù)量內(nèi)部元件的種類和數(shù)量，越多PLC能力越強。特殊功能模塊精品資料7.1.5可編程邏輯(luójí)控制器（PLC）（續(xù)）PLC用的梯形圖是嚴格二維的，不容許有交叉線，觸點不能放置在垂直(chuízhí)位置上。精品資料7.2機械制造(jīxièzhìzào)自動化考核知識點：了解機械制造自動化的技術內(nèi)容及其發(fā)展；了解各類形式自動化技術的特點和使用場合；了解機械制造自動化設備；了解各類機械制造柔性自動化系統(tǒng)特點；了解物流（傳輸、搬運）、工業(yè)機器人的概念、功能(gōngnéng)和自動化設備的類型；了解信息自動化的概念、功能(gōngnéng)及信息處理設備；了解管理自動化的含義及自動化基礎精品資料7.2.1機械(jīxiè)自動化技術及其發(fā)展自動化技術就是實現(xiàn)作業(yè)過程的自動化完成而無需或只需極少的人工參與的技術；機械制造自動化技術的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷(jīnglì)了三個階段：剛性自動化柔性自動化綜合自動化精品資料7.2.1機械自動化技術(jìshù)及其發(fā)展（續(xù)）現(xiàn)代機械制造自動化的技術內(nèi)容(nèiróng)涵蓋四個主要方面：加工作業(yè)自動化（主要取決于設備自動化）物流自動化信息流自動化管理自動化精品資料7.2.2機械制造(jīxièzhìzào)自動化設備剛性自動化加工設備普通自動化機床（單一品種，大批量生產(chǎn)）組合機床（通用部件主要(zhǔyào)有五大類：動力頭部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件）剛性自動線柔性自動化加工設備數(shù)控機床加工中心復合機床機械制造柔性自動化系統(tǒng)群控機床（DNC直接數(shù)控系統(tǒng)）柔性加工單元（FMC），是加工中心配上工件托盤庫及托盤自動交換裝置的加工設備柔性生產(chǎn)線（FML）柔性制造系統(tǒng)（FMS）精品資料7.2.3物流自動化物流是指物料從輸入制造自動化系統(tǒng)起隨著制造過程逐步變成最終產(chǎn)品（或制成品），并由系統(tǒng)輸出的整個流動過程。這個(zhège)過程所需的設備（包括物料裝卸機、物料傳送機、物料存儲設施、物料檢測）和控制軟件等所組成的系統(tǒng)稱為物流系統(tǒng)。物流系統(tǒng)三個功能：上、下料/裝卸功能傳輸/搬運功能存儲功能精品資料物流自動化設備(shèbèi)分類上、下料/裝卸自動化設備起重(qǐzhònɡ)和托盤交換裝置機械手工業(yè)機器人自動供料器振動上料器傳輸/搬運自動化設備自動導向小車（AGV）機械傳輸裝置存儲自動化設備自動化立體倉庫堆垛機刀庫托盤庫精品資料7.2.4信息(xìnxī)自動化信息是人們對客觀世界的認識并能傳送被他人所感知的物質(zhì)表示(biǎoshì)。信息系統(tǒng)的基本功能是信息采集/輸入、信息處理、信息傳輸、信息儲存和管理、信息控制和輸出等。見圖7.2-17信息流/系統(tǒng)框圖精品資料信息(xìnxī)存儲高速緩沖存儲器，CPU和主存儲器之間，儲量小，存取速度快；主存儲器，內(nèi)存。由芯片組成。主要形式有：隨機(suíjī)存儲器（RAM）、可編程存儲器（PROM）、只讀存儲器（ROM）、可擦除可編程存儲器（EPROM）輔助存儲器，俗稱外存。硬盤、移動硬盤、光盤、U盤等。精品資料7.2.5管理(guǎnlǐ)自動化含義及基礎(jīchǔ)管理的職能主要是計劃、組織、領導、控制。管理的內(nèi)容主要是計劃目標、信息和資源（含人員、資金、設備和物資）。管理自動化的核心是管理信息自動化。管理信息自動化的基礎(jīchǔ)是基層作業(yè)自動化。軟件主要有：決策支持（DSSDecisionSupportSystem）和制造資源計劃（MRP-IIManufacturingResourcesPlanning）MRP-II是管理與設計、制造相聯(lián)系的重要樞紐，也是CIMS信息集成的核心環(huán)節(jié)。實施MRP-II的關鍵因素包括：計算機系統(tǒng)技術、數(shù)據(jù)和企業(yè)各級人員精品資料7.3計算機輔助設計(shèjì)（CAD）考核知識點：熟悉計算機繪圖基本知識，AutoCAD軟件的基本功能、基本圖形繪制(huìzhì)、圖形屬性設置、精確繪圖及尺寸標注、文件輸出操作熟悉用AutoCAD繪制(huìzhì)二維圖形精品資料7.3.1計算機輔助設計(shèjì)（CAD）功能、組成和應用功能：工程設計？工程設計是一個包括設計需求分析、概念設計、設計建模、設計分析、設計評價(píngjià)和設計表示的人類作業(yè)過程。組成：軟件和硬件。硬件：見P411圖7.3.2，軟件：系統(tǒng)軟件、支撐軟件（CAD軟件系統(tǒng)的核心）、應用軟件。應用：1、繪制平面、立體模型；2、建立圖形及符號庫；3、參數(shù)化設計；4、造型分析；5、生成設計文檔及報表。精品資料7.3.2零件圖的CAD繪制(huìzhì)過程創(chuàng)建(chuàngjiàn)繪圖環(huán)境繪制視圖標注零件尺寸標注技術要求添加技術要求和標題欄精品資料7.4CAPP、CAM、CAE、CIMS考核(kǎohé)知識點了解CAPP、CAM、CAE、CIMS的基本概念、功能和工作流程精品資料7.4.1CAPP計算機輔助工藝規(guī)程設計(shèjì)（CAPPComputerAidedProcessPlanning）,是指工藝人員借助于計算機，根據(jù)產(chǎn)品制造工藝要求，交互地或自動地確定產(chǎn)品加工方法和方案，如加工方法選擇、工藝路線確定、工序設計(shèjì)等。精品資料7.4.1CAPP基本功能和應用(yìngyòng)檢索標準工藝文件選擇加工方法安排加工路線選擇機床、刀具、夾具、量具選擇裝夾方式和裝夾表面優(yōu)化選擇切削用量計算(jìsuàn)加工時間和加工費用確定工序尺寸和公差并選擇毛坯繪制工序圖及編寫工序卡精品資料7.4.2CAM計算機輔助制造（CAMComputerAidedManufacturing）是指借助計算機來完成從生產(chǎn)準備到產(chǎn)品制造出來的過程中的各項活動。CAM可分為(fēnwéi)計算機監(jiān)視與輔助制造應用兩類。計算機監(jiān)視與控制是直接的應用；輔助制造的應用是間接的應用。精品資料7.4.3CAE計算機輔助工程(gōngchéng)分析（CAEComputerAidedEngineering）,在三維實體建模的基礎上進行的。精品資料7.4.3CAE應用領域有限元分析優(yōu)化設計(shèjì)仿真技術試驗模態(tài)分析精品資料7.4.4CIMS計算機集成制造系統(tǒng)（CIMSComputerIntegratedManufacturingSystems），也叫綜合自動化制造系統(tǒng)。它是計算機在機械制造業(yè)中的企業(yè)管理；產(chǎn)品、工藝設計和制造過程三個方面獲得(huòdé)官方應用的背景下產(chǎn)生的。CAD、CAM集成是CIMS的重要環(huán)節(jié)。精品資料7.5計算機網(wǎng)絡技術(jìshù)考核知識點：了解計算機網(wǎng)絡技術的基本概念、功能(gōngnéng)；了解計算機網(wǎng)絡技術在工程中的應用；了解基本接口技術；了解無線網(wǎng)絡通信概念精品資料7.5.1網(wǎng)絡技術(jìshù)概述網(wǎng)絡：將各個孤立的工作站或主機相連在一起(yīqǐ)，組成數(shù)據(jù)鏈路，從而達到資源共享和通信的目的的物理鏈路。將地理位置不同，具有獨立功能的多個計算機異構(gòu)系統(tǒng)通過網(wǎng)絡協(xié)議連接起來，實現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)稱為計算機網(wǎng)絡。精品資料7.5.2網(wǎng)絡(wǎngluò)在工程中的應用計算機網(wǎng)絡在工程(gōngchéng)中應用有兩種方式：分布式控制系統(tǒng)（DCSDistributedControlSystem）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCSFieldbusControlSystem）,不像DCS一樣集中在一個控制器上。系統(tǒng)更加分散，各部分故障影響耦合性更小。精品資料7.5.3主要(zhǔyào)工業(yè)現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線是一種(yīzhǒnɡ)應用于現(xiàn)場，在現(xiàn)場設備之間、現(xiàn)場設備與控制裝置之間實行雙向、串行、多節(jié)點通信的通信網(wǎng)絡。精品資料7.5.4電路(diànlù)接口技術概述接口是指系統(tǒng)(xìtǒng)與外設之間的連接電路。是信息交換的必要通道，接口的主要功能是實現(xiàn)系統(tǒng)(xìtǒng)總線和I/O設備之間信號傳輸、緩沖以及時序匹配。RS-232串行數(shù)據(jù)通信接口標準；RS-485串行數(shù)據(jù)通信接口標準；USB串行數(shù)據(jù)通信接口標準，是一種快速、雙向、同步傳輸并可熱拔插的廉價串行接口，支持多個不同的設備同時連接，不需要單獨的供電系統(tǒng)(xìtǒng)。精品資料7.5.5無線網(wǎng)絡通信概念(gàiniàn)無線廣域網(wǎng)（WWANWirelessWideAreaNetwork）無線城域網(wǎng)（WMANWirelessMetropolitanAreaNetwork）無線局域網(wǎng)（WLANWirelessLocalAreaNetwork）無線個域網(wǎng)（WPANwirelesspersonalareanetwork）低速率(sùlǜ)無線個域網(wǎng)（LR-WPANLow-RateWirelessPersonalAreaNetwork）精品資料7.6計算機仿真(fǎnɡzhēn)、虛擬制造技術、人工智能和專家系統(tǒng)考核(kǎohé)知識點：了解計算機仿真基本原理、方法及過程，計算機仿真技術的應用；了解虛擬制造技術的基本概念、功能和類型；了解人工智能和專家系統(tǒng)的概念。精品資料7.6.1計算機仿真(fǎnɡzh