第一篇：數控原理與系統課程論文

數控銑削加工工藝分析論文

作業名稱：數控銑削加工工藝分析論文

學生姓名：

王偉兵

專

業： 數 控 技 術 專 業

班

級：

09

級

班

學

號： 4509040206

指導教師：

楊曉東

日

期：

2011

年 11月24 日

FANUC數控系統

制造業的竟爭已從早期降低勞動力成本、產品成本，提高企業整體效率和質量的竟爭，發展到全面滿足顧客要求、積極開發新產品的竟爭，將面臨知識——技術——產品的更新周期越來越短，產品批量越來越小，而對質量、性能的要求更高，同時社會對環境保護、綠色制造的意識不斷加強。因此敏捷先進的制造技術將成為企業贏得竟爭和生存、發展的主要手段。數控機床是在普通機床的基礎上發展起來的，由于它具有良好的柔性、高的加工精度和穩定性、能加工復雜零件、減輕了工人的勞動強度和易于實現現代化管理等一系列優點，目前在機械制造業中得到了廣泛的應用。計算機信息技術和制造自動化技術的結合越來越緊密，作為自動化柔性生產重要基礎的數控機床在生產機床中所占比例將越來越多。數控系統是數控機床的核心，根據功能和性能的要求，數控機床可以配置相應的數控系統。FANUC數控系統應運而生。

一、FANUC數控系統介紹及發展前景：

日本FANUC公司創于1956年，是生產數控系統和工業機器人的著名廠家。20世紀60年代FANUC公司開發了以硬件為主的開環數控系統。20世紀70年代，它與德國SIEMENS公司聯合研制了數控系統7，使其成為世界上最大的專業數控系統生產廠家。20世紀80年代，FANUC公司先后推出系列數控產品數控系統10、11、12系列和數控系統0系列。數控系統0系列在硬件上采用了最新型高速高集成度的微處理器，使其運算速度、控制能力都有了較大提高。

FANUC公司目前生產的數控系統裝置有F0、F10、F11、F12、F15、F16、F18等系列。F00、F100、F110、F120、F150系列是在F0、F10、F11、F12、F15的基礎上增加了MMC功能，即CNC、PMC、MMC三位一體的數控系統。FANUC數控系統以其高質量、低成本、高性能、較全的功能，適用于各種機床和生產機械等特點，在市場上的占有率遠遠超過其他數控系統。

二、FANUC數控系統的特點：

1、系統在設計上采用的模塊化結構易拆裝，各個控制板高度集成，便于維修和更換。

2、采用專用LSI（大規模集成電路）技術，提高了芯片的集成度、系統的可靠性，減小了體積和降低了成本。

3、產品應用范圍廣。每一種CNC裝置可配多種控制軟件，適用于多種機床。

4、不斷采用新工藝、新技術：SMT（高密度表面安裝技術）、多層印制電路板、光導纖維電纜等。

5、CNC裝置體積減小，采用了面板裝配式、內裝式PMC以及多種形式結構和尺寸規格的控制器，以適應機電一體化的需求。

6、在插補、進給加減速、補償、自動編程、圖形顯示、、通信、控制和診斷方面不斷增加新的功能。

1插補功能：除直線、圓弧、螺旋線插補外，還有假想軸插補、極坐標插補、圓錐面插○補、指數函數插補、漸開線插補、樣條插補等。

2切削進給的自動加減速功能：除插補后直線加減速，還有插補前加減速。○3補償功能：除了螺距誤差補償、絲杠反向間隙補償之外，還有坡度補償、○線性度補償和各種新的刀具補償功能。

4故障診斷功能：系統采用推理軟件，具有人工智能能以知識庫為根據查找○故障原因。

7、以用戶特定宏程序、MMC 等功能來推進CNC裝置面向用戶開放的功能。

8、支持多種語言顯示：日語、英語、德語、漢語、法語等。

9、備有多種外設：FANUC PPR（Printer/Punch/Reader，打印、穿孔、閱讀）、FANUC FA（Factory Automation，自動化工廠）CARD、FANUC FLOPPY CASSETE(卡式錄音帶)、FANUC PROGRAME FILE Mate等。

10、推出MAP（制造自動化協議）接口，使CNC通過該接口實現與上一級計算機通信。

11、根據用戶需要，不斷地更新CNC產品的功能。

三、FANUC 0系列數控系統

1、主要產品： F0系列是結構緊湊、面板可裝配式的CNC裝置，易于組成機電一體化系統。FANUC 公司先后開發出的F0-MA、MB、MEA、MC等系列，應用于數控機床。F0系列有多個品種，他適應于各種中、小型機床，例如： F0-MA/MB/MEA/MC用于。

F0-MF用于加工中心、鏜床和銑床的對話式CNC裝置。F0-TA/TB/TEA/TC用于車床。

F0-TF用于車床的對話式CNC裝置。

F0-TTA/TTB/TTC用于單主軸雙刀架或雙主軸雙刀架的4軸控制車床。F0-GA/GB用于磨床。

F0-PB用于回轉頭壓力機。

2、FANUC 0系列數控系統的基本配置：

FANUC 0系列數控系統由數控單元本體、主軸和進給伺服單元以及相應的主軸電動機、進給電動機、CRT顯示器、系統操作面板、機床操作面板、附加的輸入/輸出接口板（B2）、電池盒、手搖脈沖發生器等組成。

3、S系列進給伺服系統的基本配置：

常用的S系列交流伺服放大器的電源電壓為220/230V，分為一軸型、二軸型、三周型三種。AC200/230V電源由專用的伺服變壓器供給，AC100V制動電源由NC電源變壓器供給。

4、S系列主軸伺服系統的基本配置：

四、FANUC 數控系統的干擾形式與來源：

數控系統的干擾一般是指那些與信號無關的，在信號輸入、傳輸和輸出的過程中出現的一些不確定的有害電氣舜變現象。這些舜變現象會使數控系統中的數據在傳輸過程中發生變化，增大誤差，使局部裝置或整個系統出現異常情況，引起故障。在數控機床工作的環境中，存在各種各樣的干擾因素：

1、供電條件非常惡劣。工業電網電壓中長時間的欠壓、過壓，上千伏的尖峰脈沖干擾以及電網中的浪涌現象。

2、嚴重的噪聲環境。在數據采集或實時控制的過程中，由輸入、輸出通道串入的共模電壓或差模電壓以及個通道之間的相互干擾，都會使信號失真。

3、還有來自于空間的干擾。如周圍電氣設備發出的電干擾和磁干擾，天體、通信設備發出的電磁波，甚至天氣條件、雷電都會使數控系統不能正常的工作。

4、工業環境的溫度、濕度、灰塵、腐蝕性氣體及其他損害，都會影響數控系統的可靠性。綜上所述，改善數控機床的工作環境，解決數控系統的適應性，需要采取各種措施提高其抗干擾的能力。這主要從電源、屏蔽、接地和各種抗干擾技術以及可靠性技術諸方面解決。

五、FANUC 數控系統的抗干擾

1、電源的抗干擾：

來自于交流電源的干擾對數控系統的影響最嚴重。數控系統的故障絕大多數來自電源噪聲和電源故障本身。因此，對系統的電源和微電子部分都要采取抵制電磁干擾的措施。數控裝置的安置要遠離中、高頻電氣設備；最好采用獨立的動力線供電，避免大功率起動、停止頻繁的設備和電火花設備與數控機床位于同一供電干線上。動力線與信號線要分離，信號線采用絞合線，以防止磁場耦合和電場耦合的干擾。

2、屏蔽：是將有關電路、元器件或裝置等安裝在銅、鋁等低電阻材料或是磁性材料制成的屏蔽場內，從而有效地對電磁場進行隔離。

3、接地：保護接地、系統接地、屏蔽接地。

4、抗干擾設計：印制板的安排與布局、系統總線的抗干擾設計、器件的優化等。

5、環境溫度和濕度的要求；

6、系統上電自診斷；

7、Watchdog和電源掉電檢測。

六、總結：

隨著FANUC數控系統性能與可靠性的提高，價格更趨合理，使數控系統的性價比為廣大用戶所接受，同時隨著先進制造與自動化技術在生產中的要求提高，數控系統的使用也將越來越廣泛。我們相信伴隨著計算機、信息技術革命的深入，數控系統在其智能化、系統信息控制等方面，將會有很大的進步。如何緊跟歷史前進的步伐，找到適合于我們自己特點的發展道路，尋找技術進步的突破點，也是我們以后工作的重點，因為這是關系到自己和企業未來發展及生存的關鍵問題。

第二篇：《數控原理與系統》總結

《數控原理與系統》總結

數控就是數字控制，也就是利用數字化信息對機床軌跡和狀態實行控制。

數控系統的組成：輸入/輸出裝置、數控裝置、伺服系統（驅動控制裝置）、機床電器控制裝置。機床坐標系：右手笛卡爾。Z軸平行機床主軸，正方向為工件到刀具夾持的方向。X軸為水平的、平行于工件裝夾平面的軸，平行于主切削方向，且以此為正向。

機床零點（機床原點、機械原點）M是機床坐標系的設計原點。機床參考點（電氣原點）R是機床制造廠在機床上設置的。工件原點W是變成人員在編寫數控的加工程序時為定義工件尺寸，在工件上選擇的坐標原點。

4數控系統的分類：按照數控機床的運動軌跡為點位數控系統、直線數控系統、輪廓數控系統；按照數控機床的伺服系統為開環數控系統、全閉環數控系統、半閉環數控系統。（區別:開環不帶檢測裝置，也無反饋電路控制簡單，調試維修方便，價格比較低廉，但是精度和速度受到限制。全閉環帶有位置檢測反饋裝置，具有很高的精度和速度，設計和調試困難，系統穩定性難以保證。半閉環的也帶有位置檢測反饋裝置，環路短，剛性好，調試方便，容易獲得穩定的控制特性）。

5數控機床的特點：能加工復雜型面的零件，具有較強的適應性和柔性；可以保證高的加工精度，并且產品質量穩定，一致性好；較高的生產效率；可以改善生產條件減輕勞動強度；便于聯網實現現代化管理以及規模大的自動化生產。

6DNC分布式數字控制：柔性自動生產線、柔性制造單元、柔性制造系統、計算機建成系統。信息流處理過程：輸入、譯碼、診斷、刀補計算、速度處理、插補計算、位置控制。現代數控系統具有單元功能和通信功能。

7數控加工程序的輸入方法：紙帶閱讀機輸入、鍵盤方式輸入、存儲器方式輸入、通信方式輸入。

8譯碼：將輸入的數控加工程序翻譯成CNC裝置能識別的代碼形式。

9譯碼過程包括代碼的識別（通過軟件將加工程序緩沖器中的內碼讀出，并判斷該數據的屬性）和功能碼的翻譯（建立一個與數控加工程序緩沖器相對應的譯碼結果緩沖器，考慮緩沖器的規模，約定存儲格式）。

10數控加工程序的診斷包括：語法錯誤現象、邏輯錯誤現象。

11刀具補償：通過數控系統計算偏差量，并將控制對象由道具中心或刀架參考點變換到刀尖或刀刃邊緣上，以滿足加工需要的變換過程。

12刀具補償包括：刀具長度補償、刀具半徑補償。13，0-180為外拐角，180-360為內拐角。

轉接過渡方式：插入型0-a-90;伸長型90-a-180；縮短型180-a-360 插補：就是根據零件輪廓尺寸，結合精度和工藝等方面的要求，在已知刀具中心軌線轉接點之間插入若干個中間點的過程。

插補算法：1脈沖增量插補算法2數字采樣插補算法 提高插補精度的措施：半加載法

數控機床用伺服驅動裝置分為開環和閉環兩大類。

步進電動機正常運行時，若輸入脈沖頻率逐漸增加，則電動機索能帶動負載轉矩將逐漸下降。速度控制中，實現延時的方法：純軟件延時，定時中斷延時 自動升降速方法分為定時法和定步法。

閉環位置控制的概念：位置傳感器，將機械位移轉化為數字脈沖，并送至位置測量借口，由計數器進行計數。計算機以固定周期對反饋值采樣，與插補程序所輸出的結果進行比較。得到位置誤差。經軟件增益放大，輸出給數模轉換器，為伺服裝置提供控制電壓，驅動工作臺向減少誤差方向移動。

閉環數控系統中，進給驅動裝置與數控裝置之間的信號連接方式：模擬電壓控制方式，指令脈沖控制方式，現場總線數字量控制方式。

一般參數有：倍頻數與分辨率；正負向存儲行程極限；間隙與螺距誤差；快速移動速度與最大切削進給速度；機床參考點的坐標值；到位范圍（取值范圍為10微米左右）。

升降速參數（進給軸運動的速度變化可分為無升降速，直線升降速，指數升降速）：直線升降速時間；指數升降速時間；

返回參考點參數，單向定位參數報警保護參數設定。

在進給傳動鏈中，存在反轉間隙誤差；解決方法：傳動反轉間隙補償。

螺距誤差補償：原理是將數控機床某軸的指令位置與高精度位置測量系統所測得的實際位置相比較，計算出在全行程上的誤差分布曲線，將誤差以表格的形式輸入數控系統中。

數控裝置硬件結構：其硬件結構按CNC裝置中各印制電路板的插接方式不同分為大板式結構，功能模塊式結構；按CNC裝置硬件的制造方式不同分為專用型結構和個人計算機式結構；按CNC裝置中微處理器的個數不同，可以分為單微處理器結構和多微處理器結構。

數控系統軟件結構：前后臺型軟件結構，多重中斷型軟件結構，功能模塊型軟件結構。數控系統中軟件所承擔的任務：管理任務和控制任務。

現代數控對主軸驅動的要求：

1、較寬的調速范圍

2、數控機床主軸的變速是依指令自動進行的，要求能在較寬的調速范圍內能進行無極調速，并減少中間傳遞環節，簡化主軸箱

3、要求主軸在整個范圍內均能提供切削所需功率，并能盡可能的在全速度范圍內提供主軸電動機的最大功率，即恒功率范圍要寬4.要求有四象限驅動能力，并且加減速時間短5.要求主軸具有高精度的準停控制6,，在車削中心上，要求主軸具有旋轉進給軸的控制功能。

分段無極變度：數控機床采用的1~4擋齒輪變速與無極調速相結合的方式, 主軸準停功能又稱主軸定位功能，即當主軸停止時，控制其停于固定位置，這是自動換刀所必須的功能。分為：機械準停和電氣準停。

PLC介于數控裝置和機床之間，實現M、S、T功能以及數控機床外圍輔助電器的控制。特點：面向工業現場，具有更多功能更強的I/o接口和面向電氣工程技術人員的編程語言。由：cpu、存儲器、輸入輸出單元、編程器、電源和外部設備等組成。

在現代數控系統中，采用PLC實現控制是可分為：內裝型和獨立型。

內裝型PLC指PLC內含在CNC裝置內，從屬于CNC裝置，與CNC裝置集于一體，PLC的硬件和軟件都被作為CNC系統的基本功能統一設計，并且其性能指標也由CNC系統來確定。特點：內裝型PLC與CNC系統的軟硬件作為一整體設計的，結構緊湊，plc的功能針對性強技術指標合理、實用，適用于單臺數控機床及加工中心。

獨立型Plc，完全獨立于CNC裝置，具備完備的硬件和軟件，能夠獨立完成CNC系統所要求的控制任務。獨立型PLc與通用型完全相同，一般采用中形或大型plc PLc中信息交換：CNC傳送給PLC信息（CNC內部狀態信息PlC只讀），功能代碼MST,手動/自動方式及各種方式及各種適能信息；Plc傳送給CNC信息（plc發向CNC的控制請求，PLC讀/寫）數控系統控制方式選擇，坐標的使能；進給率，電動控制及MST應答信息；Plc發向機床的信號（機床的執行元件的控制信號）；機床發向Plc的信號（機床控制面板個按鈕開關，各種檢測監視信號）

4.CNC與PLC的信息交換：通過激活標志器在ＣＮＣ中產生信息；通過PLC標志器對ＣＮＣ中變量進行讀寫或修改；執行M/S/T功能過程中對Ｒ２０１－Ｒ２０３的內容進行更新

MST的實現：M功能的實現：I-段前輔助功能；A-段后輔助功能；O-段內有效；H-績效輔助功能。S功能的實現：S2位代碼形式；S4位代碼形式（主軸轉速）;T功能的實現：固定存取換刀控制和隨機存取換刀控制。

第三篇：數控課程結課論文

數控技術大作業

專 業 班 級

班 級 序 號 24

學 生 姓 名

2015 — 2016 學年 第2學期

我國數控產業的現狀及發展

摘 要

數控技術是先進制造技術的核心，是制造業實現自動化、網絡化、智能化、復合化的基礎。隨著科學技術的發展，數控技術發展也越會越快，它所需考慮和處理的技術與非技術問題也就越來越多。數控技術發展應根據我國的實際情況，制定符合國情的總體發展戰略，朝著高速高精度化、開放化、智能化、網絡化、柔性制化、集成化方向發展。

關鍵詞：自主創新；功能部件；高速；柔性

一、數控技術的特點

數控技術是指用數字化信號對設備運行及其加工過程進行控制的一種自動化技術，是典型的機械、電子、自動控制、計算機和檢測技術密切結合的機電一體化高新技術，是現代集成制造系統的重要組成部分。其主要特點為: 1)能高質量地完成一般機床難以完成的復雜零件和曲面形狀的加工； 2)能方便地改變加工工藝參數(如切削用量)，因而利于換批加工和新產品的研制；

3)可實現一次裝夾工件完成多道工序加工，從而確保高質量的加工精度，同時又減少了輔助時間；

4)采用模塊化標準工具，既減少了換刀和安裝時間，又提高了工具標準化程度和工具的管理水平； 5)便于實現計算機輔助制造。

二、我國數控機床的發展現狀

1.取得的成就

1)中高檔數控機床的開發取得了較大進展，在五軸聯動、復合加工、數字化設計以及高速加工等一批關鍵技術上取得了突破，自主開發了包括大型、五軸聯動數控加工機床，精密及超精密數控機床以及一大批專門化高性能機床，并形成了一批中檔數控機床產業化基地。

2)關鍵功能部件的技術水平、制造質量逐年穩步提高，功能逐步完善，部分性能指標接近國際先進水平，形成了一批具有自主知識產權的功能部件。開發出了高速主軸單元、高速滾珠絲杠、重載直線導軌、高速導軌防護裝置、直線電機、數控轉臺、刀庫與機械手、A/C軸數控銑頭、高速工具系統、數字化量儀等高性能功能部件樣機，其中有的品種已實現小批量生產。

3)中高檔數控系統開發研究與應用取得一定成果。通過自主研發或與國外開展技術合作，在中檔數控系統的開發和生產上取得明顯進展。初步解決了多坐標聯動、遠程數據傳輸等技術難題；為適應數控系統的配套要求，相繼開發出交流伺服驅動系統和主軸交流伺服控制系統，并形成了系列化產品。

1.存在的不足

1)高檔數控機床的國內供應能力不足：

盡管我國機床行業近年來取得了長足的發展，數控化率穩步提高，但機床消費和生產的結構性矛盾仍然比較突出。目前，國內對中高檔機床的需求量逐漸超過低檔機床。但國產數控機床以低檔為主，高檔數控機床絕大部分依賴進口。2)自主創新能力不足：

長期以來，我國機床制造業的基礎、共性技術研究工作主要在行業性的研究院所進行。能力薄弱，技術創新投入不足，引進消化吸收能力差，低水平生產能力過剩，自主創新能力不高，缺乏優秀技術人才。雖然國產數控機床制造商通過技術引進、海內外并購重組以及國外采購等

獲得了一些先進數控技術，但缺乏對基礎共性技術的研究，忽視了自主開發能力的培育，企業的市場響應速度慢。3)產品質量、可靠性及服務等能力不強: 國產機床在質量、交貨期和服務等方面與國外著名品牌相比存在較大的差距。在質量方面，國產數控系統的可靠性指標MTBF與國際先進數控系統相差較大。國產數控車床、加工中心的MTBF與國際上先進水平也有較大差距。在交貨期方面，絕大多數企業由于任務重拖期交貨。服務體系不健全，在市場開拓、成套技術服務、快速反應能力等方面不能滿足市場快節奏和個性化的要求。4)功能部件發展滯后: 整體上，我國機床功能部件發展緩慢、品種少、產業化程度低，精度指標和性能指標的綜合情況還不過硬。目前，滾珠絲杠、數控刀架、電主軸等功能部件僅能滿足中低檔數控機床的配套需要。衡量數控機床水平的高檔數控系統、高速精密電主軸、高速滾動功能部件等還依賴進口。

三、我國數控機床的發展策略

以轎車制造業為代表的汽車及其零部件制造業、以航空航天為代表的高新技術產業的加速發展，為機床制造業帶來了巨大商機。同時，要滿足我國重大基礎制造和國防工業領域對高檔數控機床的巨大需求，擺脫對國外高檔數控機床的依賴及壟斷，必須突破高檔數控機床及相應高性能功能部件的關鍵技術。我國數控機床的發展需要以市場需求為導向，主機為牽引，統籌考慮數控系統與功能部件、關鍵部件與主機，推行數字制造；以功能部件為基礎，以共性技術為支撐，加速振興我國機床制造業。

具體在以下方面：

1)提高數控機床產品的自主開發、制造能力

對于我國這樣一個制造業大國，必須快速提高數控機床產品的自主開發、制造能力。共性和關鍵技術攻關必須與數控機床和功能部件的基

地建設有機結合，要以高檔數控機床發展為主攻目標，提高整機可靠性和產業化水平，提高國產數控系統和關鍵功能部件的配套能力，特別是要提高在國產中高檔數控機床中的配套能力；加強數控機床基礎開發理論的研究、基礎工藝技術研究及應用軟件開發，搞好行業標準和專利工作，為數控機床產業發展夯實基礎。2)以功能部件為基礎，以關鍵共性技術為支撐

數控系統、功能部件、關鍵部件是發展高檔數控機床的基礎，當前我國在這方面發展十分薄弱，已成為制約數控機床發展的瓶頸，必須加快發展，提高專業化、批量化生產技術水平和能力。產品的發展和自主創新能力的提高必須依賴于核心技術的掌握，依賴于共性技術的支撐。基礎技術研究是機床整體水平提高的前提和保障，是機床設計的關鍵和基礎，對于我國機床行業邁上新臺階，解決機床開發中低水平重復和附加值低等瓶頸問題具有重要意義。3)加快技術引進與國際合作

為了較快得到最新技術，企業可直接與國外科研院所和國外一流企業合資、合作，以市場換技術，以有限的資金換取無限的發展，實現主流產品生產的高起點、成批量、專業化。在引進與合作過程中，需要加強引進技術的消化吸收與再創新。某些領域，與國外差距較大，國外先進技術有引進的可能，則通過引進技術，加強消化吸收，實現再創新，滿足用戶的需求。在技術基礎較好的領域，集成現已形成一定優勢的技術，與用戶結合，產學研結合，開發滿足用戶需要的產品，形成技術創新能力，力求在原始創新上取得突破。

四、數控技術的發展趨勢

1.高速、高精加工技術趨勢

效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。

為此，國際生產工程學會(CIRP)將其確定為21世紀的中心研究方向之一。在加工精度方面，近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。為了實現高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機等均得到了快速的發展，應用領域進一步擴大。

機械零件的高速加工包括零件送進、定位夾緊、刀具快進、刀具工進、刀具快退、工具卸下、質量檢測等七個基本生產環節；其切削速度較普通切削快5～10倍。高速加工技術主要以較簡捷的工藝流程、較短較快的生產周期進行加工生產。

2.開放化發展趨勢

由于傳統的數控系統是專用封閉性數控系統，存在兼容性差、技術升級困難等弊端；越來越不適應現代生產系統日益開放的特點，目前許多國家對開放式數控系統進行研究，如美國的NGC計劃、日本的OSEC計劃等。數控系統開放化，已經成為數控系統的發展趨勢。

所謂開放式數控系統，就是數控系統的開發可以在統一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或裁剪結構對象(數控功能)，形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統中，快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統。目前開放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功能軟件開發等，是當前研究的核心。

3.智能化、網絡化的趨勢

科學技術發展到今天，實時系統和人工智能相互結合，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用，正沿著幾個主要分支發展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數控系統中，配備編程專家系統、故障診斷專家系統、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節系統，在高速加工時的綜合運動控制中，引入提前預測和預

算功能、動態前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數控系統的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。

4.數控技術柔性制化趨勢

采用FMS（柔性制造系統）的主要技術經濟效果是：能按裝配作業配套需要，及時安排所需零件的加工，從而減少毛坯的庫存量，縮短生產周期；提高設備的利用率，減少設備數量和廠房面積；減少勞動力，在少人看管條件下可實現24h的連續“無人化生產”；提高產品質量的一致性。

結束語

我國數控機床的發展需要以市場需求為導向，主機牽引，統籌考慮數控系統與功能部件、關鍵部件與主機，推行數字制造；以功能部件為基礎，以共性技術為支撐，加速振興我國機床制造業。

致謝

這一學期的生活快要結束了，感謝老師這一學期的陪伴與教導，在數控的啟蒙路途中給予的很大的幫助。

參考文獻

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第四篇：數控原理題目

數控原理題目

班級：04501 姓名：彭林 學號：47

一、簡答題：

1.數控機床的系統組成及其功能？

答：

一、數控加工的過程

利用數控機床完成零件數控加工的過程如圖 l-1 所示．主要內容包括如下

① 根據零件加工圖樣進行工藝分析，確定加 l 方案、工藝參數和位移數據，② 用規定的程序代碼和格式編寫零件加上程序單：或用自動編程軟件，進行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。

③ 程序的輸人或傳輸。由手工編寫的程序，可以通過數控機床的操作，面板輸入；由編程軟件生成的程序，通過計算機的串行通信接口直接傳輸到數控機床的數控單兒（MCU）。

④ 將輸人／傳輸到數控單元的加 1 程序，進行試運行、刀具路徑模擬等．

⑤ 通過對機床的正確操作，運行程序，完成零件的加工。

二、數控機床的組成及其功能

數控機床一般由數控系統、包含伺服電動機和檢測反饋裝置的伺服系統、強電控制柜、機床本體和各類輔助裝置組成 ⑴ 控制介質

控制介質又稱信息載體，是人與數控機床之間聯系的中間媒介物質，反映了數控加工中全部信息。⑵ 數控系統

數控系統是機床實現自動加工的核心，是整個數控機床的靈魂所在。主要由輸人裝置、監視器、主控制系統、可編程控制器、各類輸人／輸出接口等組成。主控制系統主要由 CPU、存儲器、控制器等組成。數控系統的主要控制對象是位置、角度、速度等機械量，以及溫度、壓力、流量等物理量．其控制方式又可分為數據運算處理控制和時序邏輯控制兩大類。其中主控制器內的擂補模塊就是根據所讀入的零件程序，通過譯碼、編譯等處理后，進行相應的刀具軌跡插補運算，并通過與各坐標伺服系統的位置、速度反饋信號的比較，從而控制機床各坐標軸的位移。而時序邏輯控制通常由可編程控制器 PI 尤來完成，它根據機床加工過程中各個動作要求進行協調，按各檢測信號進行邏輯判別，從而控制機床各個部件有條不紊地按順序工作。

⑶ 伺服系統

伺服系統是數控系統和機床本體之間的電傳動聯系環節．主要由伺服電動機、驅動控制系統和位置檢測與反饋裝置等組成．伺服電動機是系統的執行元件，驅動控制系統則是伺服電動機的動力源．數控系統發出的指令信號與位置反饋信號比較后作為位移指令，再經過驅動系統的功率放大后，驅動電動機運轉，通過機械傳動裝置帶動工作臺或刀架運動。

⑷ 強電控制柜

強電控制柜主要用來安裝機床強電控制的各種電氣元器件，除了提供數控、伺服等一類弱電控制系統的輸入電源，以及各種短路、過載、欠壓等電氣保護外，主要在 PLC 的輸出接口與機床各類輔助裝置的電氣執行元件之間起橋梁連接作用，控制機床輔助裝置的各種交流電動機、液壓系統電磁閥或電磁離合器等。此外．它也與機床操作臺有關手動按鈕連接。強電控制柜由各種中間繼電器、接觸器、變壓器、電源開關、接線端子和各類電氣保護元器件等構成．它與一般普通機床的電氣類似，但為了提高對弱電控制系統的抗干擾性，要求各類頻繁啟動或切換的電動機、接觸器等電磁感應器件中均必須并接 RC 阻容吸收器；對各種檢測信號的輸人均要求用屏蔽電纜連接。2.數控機床的加工對象？

答：

一、采用數控機床加工的優勢及特點

⑴ 可以加工具有復雜型面的工件

數控機床的刀具運動軌跡是由加工程序決定的，因此只要能編制出程序，無論工件的型面多么復雜都能加工。例如采用 5 軸聯動的數控機床，就能加工螺旋槳的復雜空間曲面。

⑵ 加工精度高，尺寸一致性好

數控機床本身的精度都比較高，一般數控機床的定位精度為士。． 01mm，重復定位精度為士。． o05mm，在加工過程中操作人員不參與操作，因此工件的加工精度全部由機床保證，消除了操作者的人為誤差。因而加工出來的工件精度高、尺寸一致性好、質量穩定。

⑶ 生產效率高

數控機床的主軸轉速、進給速度和快速定位速度高，通過合理選擇切削參數，充分發揮刀具的切削性能，減少切削時間，不僅能保證高精度，而且加工過程穩定；不需要在加工過程中進行中間測量，就能連續完成整個加工過程，減少了輔助動作時間和停機時間。因此，數控機床的生產效率高。

⑷ 可以減輕工人勞動強度．實現一人多機操作

一般數控機床加工出第一個合格工件后，工人只需要進行工件的裝卡和啟動機床，因此減輕了工人的勞動強度。現在的數控機床可靠勝高，保護功能齊全，并且數控系統有自診斷和自停機功能，因此當一個工件的加工時間超出工件的裝卡時間時，就能實現一人多機操作。

⑸ 雖然數控機床一次投資及日常維護保養費用較普通機床高很多，但是如能充分發揮數控機床的優越性能，將會帶來很高的經濟效益。這些效益不僅表現為生產效率高、加工質量好、廢品少，使用數控機床還能帶來減少工裝和量刃具、縮短生產周期、縮短新產品試制周期等優勢，從而為企業帶來明顯的經濟效益。

⑹ 可以精確計算成本和安排生產進度在數控機床上，加工所需要的時間是可以預計的，并且相同工件所用時，間基本一致，因而工時和工時費用可以精確估計。這有利于精確編制生產進度表，有利于均衡生產和取得更高的預計產量。

⑺ 數控加工是 CAD / CAM 技術和先進制造技術的基礎

二、數控機床的適用范圍

根據數控機床加工的特點可以看出，最適合于數控加工的零件包括

① 多品種、小批量生產的零件或新產品試制中的零件；

② 幾何形狀復雜的零件；

③ 加工過程中必須進行多工序加工的零件；

④ 用普通機床加工時，需要昂貴工裝設備（工具、夾具和模具）的零件；

⑤ 必須嚴格控制公差，對精度要求高的零件；

⑥ 工藝設計需多次改型的零件；

⑦ 價格昂貴，加工中不允許報廢的關鍵零件；

⑧ 需要最短生產周期的零件；

由此可見，數控機床和普通機床都有各自的應用范圍，如圖1-12 所示圖中橫軸是工件的復雜程度，縱軸是每批的生產件數。由圖可以看出，數控機床的使用范圍很廣。

5.數控機床技術常用術語？

答：1）計算機數值控制（Computerized Numerical Control, CNC）用計算機控制加工功能，實現數值控制。

2）軸（Axis）機床的部件可以沿著其作直線移動或回轉運動的基準方向。3）機床坐標系（Machine Coordinate Systern）固定于機床上，以機床零點為基準的笛卡爾坐標系。

4）機床坐標原點（Machine Coordinate Origin）機床坐標系的原點。

5）工件坐標系（Workpiece Coordinate System）固定于工件上的笛卡爾坐標系。6）工件坐標原點（Wrok-piexe Coordinate Origin）工件坐標系原點。7）機床零點（Machine zero）由機床制造商規定的機床原點。

8）參考位置（Reference Position）機床啟動用的沿著坐標軸上的一個固定點，它可以用機床坐標原點為參考基準。

9）絕對尺寸（Absolute Dimension)／絕對坐標值（Absolute Coordinates）距一坐標系原點的直線距離或角度。

10）增量尺寸（Incremental Dimension)／增量坐標值（Incremental Coordinates）在一序列點的增量中，各點距前一點的距離或角度值。

11）最小輸人增量（Least Input Increment）在加工程序中可以輸人的最小增量單位 12）命令增量（Least command Increment）從數值控制裝置發出的命令坐標軸移動的最小增量單位。

13）插補（InterPolation）在所需的路徑或輪廓線上的兩個已知點間根據某一數學函數（例如：直線，圓弧或高階函數）確定其多個中間點的位置坐標值的運算過程。14）直線插補（Llne Interpolation）這是一種插補方式，在此方式中，兩點間的插補沿著直線的點群來逼近，沿此直線控制刀具的運動。

15）圓弧插補（Circula : Interpolation）這是一種插補方式，在此方式中，根據兩端點間的插補數字信息，計算出逼近實際圓弧的點群，控制刀具沿這些點運動，加工出圓弧曲線。

16）順時針圓弧（Clockwise Arc）刀具參考點圍繞軌跡中心，按負角度方向旋轉所形成的軌跡．方向旋轉所形成的軌跡．

17）逆時針圓弧（Counterclockwise Arc）刀具參考點圍繞軌跡中心，按正角度方向旋轉所形成的軌跡。18）手工零件編程（Manual Part Prograrnmiog）手工進行零件加工程序的編制。

19）計算機零件編程（Cornputer Part prograrnrnlng）用計算機和適當的通用處理程序以及后置處理程序準備零件程序得到加工程序。

20）絕對編程（Absolute Prograrnming）用表示絕對尺寸的控制字進行編程。21）增量編程（Increment programming）用表示增量尺寸的控制字進行編程。22）宇符（Character）用于表示一組織或控制數據的一組元素符號。

23）控制字符（Control Character）出現于特定的信息文本中，表示某一控制功能的字符。

24）地址（Address）一個控制字開始的字符或一組字符，用以辨認其后的數據。25）程序段格式（Block Format）字、字符和數據在一個程序段中的安排。6.當代數控技術的發展特點？ 答：1．廣泛地應用微機資源

近年來被稱為個人計算機（PC）的微型計算機發展很快，大規模集成電路制造技術的高速發速，使得PC的硬件結構做得很小。主CPU的運行速度越來越高。IPC386的主頻是33MHz，IPC486、586的主頻可達50～120MHz，新近Intel奔騰處理器（Pentium），主頻已達450MHz。存儲器容量也很大，體積很小，由于是大批量生產，使成本下降，可靠性提高。

在軟件方面，操作系統的發展，特別是Windows的應用，使得PC的操作更為簡便直觀。CAD/CAM的軟件大量地由小型機、工作站向PC移植，三維圖顯示及工藝數據庫在PC上建立。再加上PC的開放性，吸引大量技術人員投入了軟件的開發，使得PC的軟件資源極為豐富。2．小型化以滿足機電一體化的要求

隨著微電子技術的發展，大規模集成電路的集成度越來越高，體積越來越小。數控設備廠采用超大規模集成電路并采用表面安裝工藝（SMT），實現了三維立體裝配，將整個CNC裝置做得很小，以適應機械制造業機電一體化的要求。

日本三菱電機株式會社，最近推出的普及型CNC MELDAS 50系列及實用型CNC MELDAS 520A系列，這兩個系列都采用了32位RISC微處理器，實現超小型化的CNC裝置，較原來的M310及L3、L3A，體積大為減小（H168mm×W76mm×D135mm），安裝面積減小了一半，功能還有所提高。采用了超薄型顯示器（9.5in的EL及10.4in的彩色LCD）。這個系統的微小線段加工能力提升至64m/min，最大快速進給速度為240m/min，其同步攻螺紋精度較M310提高了3倍，主軸定位時間縮短了30%。

德國SIEMENS公司最新推出的SINUMERIK 840D主控組件選用386DX或486DX，具有1～4個通道，可實現直線及圓弧插補、螺旋線插補、5軸螺旋線插補及樣條插補、圓柱插補等，共可控制32個軸，并有多種校正及補償功能，體積僅為50mm×316mm×207mm。3．改善人機接口，方便用戶使用

為了使操作者能很容易地掌握數控機床的操作，數控設備生產廠努力地改善人機接口，簡化編程，盡量采用對話方式，使用戶使用方便，如西班牙FAGOR公司生產的FAGOR 8050系列，采用交互式編輯程序指導系統，簡化程序的編輯，用簡要的表格編輯程序，利用藍圖建立程序。其8050TC型數控系統，被稱為高檔傻瓜式數控系統（FAGOR800系列CNC系統），其操作面板使用了符號鍵，用戶可以根據所需加工零件，選擇加工程序，輸入圖形數據后，即可實現半自動或全自動加工。如果面板上的各種自動操作都沒有被選上，則該CNC系統只顯示坐標軸的位置值和主軸轉速，操作者可以用搖柄或電子手輪對機床的各個軸進行手動操作，使用極為方便

7.數控機床的組成及其功能？

答：數控機床一般由數控系統、包含伺服電動機和檢測反饋裝置的伺服系統、強電控制柜、機床本體和各類輔助裝置組成⑴ 控制介質

控制介質又稱信息載體，是人與數控機床之間聯系的中間媒介物質，反映了數控加工中全部信息。

⑵ 數控系統

數控系統是機床實現自動加工的核心，是整個數控機床的靈魂所在。主要由輸人裝置、監視器、主控制系統、可編程控制器、各類輸人／輸出接口等組成。主控制系統主要由 CPU、存儲器、控制器等組成。數控系統的主要控制對象是位置、角度、速度等機械量，以及溫度、壓力、流量等物理量．其控制方式又可分為數據運算處理控制和時序邏輯控制兩大類。其中主控制器內的擂補模塊就是根據所讀入的零件程序，通過譯碼、編譯等處理后，進行相應的刀具軌跡插補運算，并通過與各坐標伺服系統的位置、速度反饋信號的比較，從而控制機床各坐標軸的位移。而時序邏輯控制通常由可編程控制器 PI 尤來完成，它根據機床加工過程中各個動作要求進行協調，按各檢測信號進行邏輯判別，從而控制機床各個部件有條不紊地按順序工作。

⑶ 伺服系統

伺服系統是數控系統和機床本體之間的電傳動聯系環節．主要由伺服電動機、驅動控制系統和位置檢測與反饋裝置等組成．伺服電動機是系統的執行元件，驅動控制系統則是伺服電動機的動力源．數控系統發出的指令信號與位置反饋信號比較后作為位移指令，再經過驅動系統的功率放大后，驅動電動機運轉，通過機械傳動裝置帶動工作臺或刀架運動。

⑷ 強電控制柜

強電控制柜主要用來安裝機床強電控制的各種電氣元器件，除了提供數控、伺服等一類弱電控制系統的輸入電源，以及各種短路、過載、欠壓等電氣保護外，主要在 PLC 的輸出接口與機床各類輔助裝置的電氣執行元件之間起橋梁連接作用，控制機床輔助裝置的各種交流電動機、液壓系統電磁閥或電磁離合器等。此外．它也與機床操作臺有關手動按鈕連接。強電控制柜由各種中間繼電器、接觸器、變壓器、電源開關、接線端子和各類電氣保護元器件等構成．它與一般普通機床的電氣類似，但為了提高對弱電控制系統的抗干擾性，要求各類頻繁啟動或切換的電動機、接觸器等電磁感應器件中均必須并接 RC 阻容吸收器；對各種檢測信號的輸人均要求用屏蔽電纜連接。

⑸ 輔助裝置

輔助裝置主要包括自動換刀裝置 ATC(Automatlc Tool Changer）、自動交換工作臺機構 APc(Automatic Pallet changer）、工件夾緊放松機構、回轉工作臺、液壓控制系統、潤滑裝置、切削液裝置、排屑裝置、過載和保護裝置等。

二、論述：

1.世界數控技術和機床裝備發展趨勢淺談。答： 數控技術及裝備是發展新興高新技術產業和尖端工業的使能技術和最基本的裝備。世界各國信息產業、生物產業、航空、航天等國防工業廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對市場的適應能力和競爭能力。工業發達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰略物資，不僅大力發展自己的數控技術及其產業，而且在“高精尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。因此大力發展以數控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發達國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。

數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統制造產業和新興制造業的滲透形成的機電一體化產品，即所謂的數字化裝備，如數控機床等。其技術涉及多個領域：(1)機械制造技術；(2)信息處理、加工、傳輸技術；(3)自動控制技術；(4)伺服驅動技術；(5)傳感器技術；(6)軟件技術等。

一.數控技術及裝備的發展趨勢

數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，對國計民生的一些重要行業國防、汽車等的發展起著越來越重要的作用，這些行業裝備數字化已是現代發展的大趨勢，如：橋式三、五坐標高速數控龍門銑床、龍門移動式五座標AC擺角數控龍門銑床、龍門移動式三座標數控龍門銑床等。

1.高速化發展新趨勢

目前高速加工中心進給速度最高可達80m/min，空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經采用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉速已達60000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3小時，在普通銑床加工需8小時。

由于機構各組件分工的專業化，在專業主軸廠的開發下，主軸高速化日益普及。過去只用于汽車工業高速化的機種（每分鐘１．５萬轉以上的機種），現在已成為必備的機械產品要件。

2、精密化加工發展新趨勢： 由于各組件加工的精密化，微米的誤差已不是問題。以電腦輔助生產（ＣＡＭ）系統的發展帶動數控控制器的功能越來越多。

在加工精度方面，近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。

3、高效能發展新趨勢

對機床高速及精密化要求的提高導致了對加工工件制造速度的要求提高。同時，由于產品競激烈，產品生命周期快速縮短，模具的快速加工已成為縮短產品開發時間必須具備的條件。對制造速度的要求致使加工模具的機床朝著高效能專業化機種發展。4.開放化發展新趨勢

數控機床已逐漸發展成為系統化產品。現在可以用一臺電腦控制一條生產線的作業，不但可縮短產品的開發時間，還可以提高產品的加工精度和產品質量。如前所述，開放式數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性。美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰略發展計劃，并進行開放式體系結構數控系統規范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個最大的經濟體在短期內進行了幾乎相同的科學計劃和技術規范的制定，預示了數控技術的一個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進行中國的ONC數控系統的規范框架的研究和制定。

5.復合化發展新趨勢

產品外觀曲線的復雜化致使模具加工技術必須不斷升級，機床五軸加工、六軸加工已日益普，機床加工的復合化已是不可避免的發展趨勢。新日本工機的5面加工機床采用復合主軸頭，可實現4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺機床上實現，還可實現傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯動加工，可由CNC系統控制或CAD/CAM直接或間接控制。

二.世界數控機床產業市場及消費需求 1.市場需求發展和格局變化 世界裝備制造業市場正在向全面信息化的方向邁進，技術發展主要表現為柔性制造系統、計算機集成制造系統的開發與應用，并向制造智能化方向發展。技術發展特征表現為技術的融合化；產品的發展特征表現為高附加值化、智能化和系統化；系統管理的發展特征表現為集成化（包括系統集成、軟件集成、技術集成和接口集成）和網絡化。

市場格局表現為集群化發展趨勢，即同種產業或相關產業的企業有機地集聚在一起，通過斷創新而贏得競爭優勢。在產業集群化中，具有特色的中小企業發揮著重要作用，地理集中的企業、有關機構（大學、商會等）在特定領域內既競爭又合作。以裝備制造業為例：英國共有154個集群，分布在18個地區，覆蓋了很寬的部門和技術范圍。英國北部的集群傾向于汽車、金屬加工等制造業。美國的明尼阿波利斯的醫學設備業群，德國的索林根的刀具業群、斯圖加特的機床業群、韋熱拉的光學儀器群等，都是世界上較為典型的產業集群。

我國機床行業正處于高速發展時期，行業總產值和銷售收入連續6年保持20%以上的增長，數控機床消費連續5年位居世界第一。強勁的市場需求帶來了發展機遇，“十一五”期間將是數控機床大發展的時期，國家高度重視和支持發展國產數控機床，制定了數控機床發展規劃，出臺了相應的扶持政策，到2010年國產數控機床占國內市場比重達50%。

近年來，國內機床企業發展迅速。大連機床行業實現整合，成立了大連機床集團并且兼并了英格索爾生產系統公司、西門賣（控股70%）等國外企業，銷售額位居世界機床行業第八。沈陽機床行業通過改制整合，2006年銷售收入快速增長，市場占有率明顯提高。北京第一機床廠并購了德國科寶公司，技術水平大幅提升。

總之國內數控機床制造商正在拼搏奮起，堅持自主創新精神，實行市場化運行機制，潛心研究、持續改進，我們深信，中國企業完全有能力制造出滿足市場需求的高質量標準的數控機床及柔性制造系統。

第五篇：計算機組成原理課程論文

《計算機組成原理》課程論文

【內容摘要】： 本論文主要在課程的學習上作一些討論。該課程主要介紹計算機硬件的結構與基本原理和計算機系統的實現方法。課程主要研究CPU、主存儲器、I/0接口和輸入/輸出以及總線的結構和功能。使學生建立計算機系統的概念，深入了解計算機的工作原理，掌握計算機組織與實現的技術和方法，以及計算機系統分析和系統設計的方法，從而為計算機專業其他專業課的學習打下堅實的基礎。

【關鍵詞】： 課程概述、計算機系統、CPU、控制單元

【課程綜述】： 計算機組成原理是計算機應用和計算機軟件專業以及其他相關專業必修的專業基礎課，它主要討論計算機各組成部件的基本概念、基本結構、工作原理及設計方法。組成原理是計算機類專業的一門主干必修課程，主要內容有：（1）對計算機的發展、應用和特性作的概述，并簡單介紹了計算機系統的硬件、軟件及計算機系統的層次結構；（2）系統總線，介紹了三種總線結構及接口的概念，總線控制的三種方式和通信的兩種方式；（3）存儲系統，主要介紹半導體存儲器工作原理、尋址方式、與CPU的互連的方法，以及存儲系統的多級結構；（4）輸入輸出系統，介紹了計算機系統中主機與外部設備之間的信息交換方式，重點介紹中斷處理方式以及DMA方式；（5）運算方法和運算器，介紹數值數據和非數值數據的表示方法，定點數和浮點數的四則運算、邏輯運算及運算器的組成和工作原理；（6）指令系統，介紹指令系統的發展與性能要求、指令格式的分析以及指令和數據的尋址方式；（7）CPU的結構和功能，CPU控制機器完成一條指令的全過程，中斷技術在提高整機系統效能方面的作用（8）組合邏輯控制器、微程序控制器的設計原理和設計方法、指令周期的概念及時序產生器的原理及其控制方式。

【正文】：

（一）計算機概述

計算機系統由硬件和軟件兩大部分組成，它們共同決定了計算機性能的好壞。計算機系統的層次結構經過了多次的發展由最初的一級層次結構發展到了如今的多層次結構。

典型的計算機組成由馮·諾依曼計算機演變而來，該計算機由五大部分組成：輸入設備、輸出設備、存儲器、運算器、控制器，并以運算器為中心結構。現代計算機可認為有三大部分組成：CPU、I/O設備、主存儲器，并以存儲器為系統中心。

計算機硬件的主要技術指標有機器字長（指CPU一次能處理數據的位數，通常與CPU的寄存器位數有關）、存儲容量（包括貯存容量和輔存容量）、運算速度。

（二）計算機系統 1）、系統總線

總線是連接多個部件的信息傳輸線，是各個部件共享的傳輸介質。當多個部件與總線相連時，如果出現兩個或兩個以上部件同時向總線發送信息，必將導致信號沖突，傳輸失效。因此，在某一時刻，只允許有一個部件向總線發送信息，而多個部件可以同時從總線上接受相同的信息。

總線按傳送方式可分為并行傳輸總線和串行傳輸總線；按使用范圍可分為計算機總線、測控總線、網絡通信總線等；按連接部件可分為片內總線、系統總線和控制總線，本書重點介紹。總線的性能指標：總線寬度、總線帶寬、時鐘同步/異步、總線復用、信號線數、總線控制方式等。總線的結構通常分為單總線結構和多總線結構。總線的控制主要包括判優控制和通信控制，總線判優控制分為集中式判優（鏈式查詢、計數器定時查詢和獨立查詢）和分布式判優（自舉分布式和沖突檢測分布式）。總線通信控制主要解決通信雙方如何獲知傳輸開始和傳輸結束，以及雙方如何協調配合，通常用四種方式：同步通信、異步通信、半同步通信和分離式通信。

2）存儲器

存儲器是計算機系統中的記憶設備，用來存放程序和數據。按存儲介質分類可分為半導體存儲器、磁表面存儲器、磁芯存儲器和光盤存儲器，按存取方式分為隨機存儲器、只讀存儲器、串行訪問存儲器，按在計算機中分類分為主存儲器、輔助存儲器、緩沖存儲器。存儲器有三個性能指標：速度、容量和每位價格。存儲器的擴展通常有位擴展和字擴展，位擴展即增加存儲字長,如將8片16K*1位的存儲芯片連接，可組成一個16K*8位的存儲器。字擴展是指增加存儲字的數量，如2片1K*8位的存儲芯片可組成一個2K*8位的存儲器。在與存儲器外部設備交換信息時，可采用高速原件、使用層次結構、調整主存的結構來提高訪存速度。

3）I/O系統

I/O系統是操作系統的一個重要的組成部分，負責管理系統中所有的外部設備。計算機外部設備。在計算機系統中除CPU和內存儲外所有的設備和裝置稱為計算機外部設備（外圍設備、I/O設備）。I/O設備：用來向計算機輸入和輸出信息的設備，如鍵盤、鼠標、顯示器、打印機等。I/O設備與主機交換信息有三種控制方式：程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式。程序查詢方式是由CPU通過程序不斷的查詢I/O設備是否做好準備，從而控制其與主機交換信息。程序中斷方式不查詢設備是否準備就緒，繼續執行自身程序，只是當I/O設備準備就緒并向CPU發出中斷請求后才給予響應，這大大提高了CPU的工作效率。在DMA方式中，主存與I/O設備之間有一條數據通路，主存與其交換信息時，無需調用中斷服務程序。

4）運算器 計算機中執行各種算術和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作，亦稱算術邏輯部件（ALU）。運算器由：算術邏輯單元（ALU）、累加器、狀態寄存器、通用寄存器組等組成。算術邏輯運算單元（ALU）的基本功能為加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補等操作。加減法主要采用補碼定點加減法進行運算，乘法可視為加法和移位，主要方法有原碼一位乘、原碼兩位乘、補碼一位乘、補碼兩位乘等，乘積的符號位由兩個數的符號位異或運算結果決定。除法運算可視為減法和移位，主要方法有恢復余數法、加減交替法，其中原碼除法的符號位單獨處理，補碼除法的符號位參與運算并最終獲得結果。浮點加減法可分為○1對階，使兩數的小數點位置對其2尾數求和，將對階后的兩尾數按定點加減運算規則求和或差○3規格化○4舍○入，要考慮尾數右移時失去的數值位○5溢出判斷。浮點乘除運算，乘積的階碼應為相乘兩數的階碼之和，乘積的尾數應為相乘兩數的尾數之積，商的階碼為被除數的階碼減去減數的階碼，尾數為被除數的尾數除以除數的尾數所得的商。5）指令系統一條指令就是機器語言的一個語句，它是一組有意義的二進制代碼，指令的基本格式如：操作碼字段+地址碼字段，其中操作碼指明了指令的操作性質及功能，地址碼則給出了操作數或操作數的地址。指令包括操作碼域和地址域兩部分。根據地址域所涉及的地址數量，常見的指令格式有以下幾種。○1三地址指令：一般地址域中A1、A2分別確定第一、第二操作數地址,A3確定結果地址。下一條指令的地址通常由程序計數器按順序給出。2二地址指令：地址域中A1確定

○第一操作數地址，A2同時確定第二操作數地址和結果地址。○3單地址指令：地址域中A確定第一操作數地址。固定使用某個寄存器存放第二操作數和操作結果。因而在指令中隱含了它們的地址。○4零地址指令：在堆棧型計算機中，操作數一般存放在下推堆棧頂的兩個單元中,結果又放入棧頂,地址均被隱含，因而大多數指令只有操作碼而沒有地址域。根據指令內容確定操作數地址的過程稱為尋址。完善的尋址方式可為用戶組織和使用數據提供方便。○1直接尋址：指令地址域中表示的是操作數地址。○2間接尋址：指令地址域中表示的是操作數地址的地址即指令地址碼對應的存儲單元所給出的是地址A，操作數據存放在地址A指示的主存單元內。有的計算機的指令可以多次間接尋址,如A指示的主存單元內存放的是另一地址B，而操作數據存放在B指示的主存單元內，稱為多重間接尋址。○3立即尋址：指令地址域中表示的是操作數本身。○4變址尋址：指令地址域中表示的是變址寄存器號i和位移值D。將指定的變址寄存器內容E與位移值D相加,其和E+D為操作數地址。許多計算機具有雙變址功能，即將兩個變址寄存器內容與位移值相加，得操作數地址。變址尋址有利于數組操作和程序共用。同時，位移值長度可短于地址長度，因而指令長度可以縮短。○5相對尋址：指令地址域中表示的是位移值D。程序計數器內容（即本條指令的地址）K與位移值D相加，得操作數地址K+D。當程序在主存儲器浮動時，相對尋址能保持原有程序功能。此外，還有自增尋址、自減尋址、組合尋址等尋址方式。尋址方式可由操作碼確定，也可在地址域中設標志，指明尋址方式。

6）CPU的結構和功能

CPU具有控制程序的順序執行（指令控制）、產生完成每條指令所需的控制命令（操作控制）、對各種操作加以時間上的控制（時間控制）、對數據進行算術運算和邏輯運算（數據加工）以及處理中斷等功能。一條指令的執行過程按時間順序可分為以下幾個步驟：○1CPU發出指令地址。將指令指針寄存器（IP）的內容——指令地址，經地址總線送入存儲器的地址寄存器中。○2從地址寄存器中讀取指令。將讀出的指令暫存于存儲器的數據寄存器中。○3將指令送往指令寄存器。將指令從數據寄存器中取出，經數據總線送入控制器的指令寄存器中。4指令譯碼。指令寄存器中的操作碼部分送指令譯碼器，經譯碼器分析產生相○應的操作控制信號，送往各個執行部件。○5按指令操作碼執行。○6修改程序計數器的值，形成下一條要取指令的地址。若執行的是非轉移指令，即順序執行，則指令指針寄存器的內容加1，形成下一條要取指令的地址。指令指針寄存器也稱為程序計數器。中斷的作用：一方面，有了中斷功能，PC系統就可以使CPU和外設同時工作，使系統可以及時地響應外部事件。而且有了中斷功能，CPU可允許多個外設同時工作。這樣就大大提高了CPU的利用率，也提高了數據輸入、輸出的速度；另一方面，有了中斷功能，就可以使CPU及時處理各種軟硬件故障。計算機在運行過程中，往往會出現事先預料不到的情況或出現一些故障，如電源掉電、存儲出錯，運算溢出等等。計算機可以利用中斷系統自行處理，而不必停機或報告工作人員。

7）控制單元

控制單元是整個CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令譯碼器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三個部件組成，對協調整個電腦有序工作極為重要。它根據用戶預先編好的程序，依次從存儲器中取出各條指令，放在指令寄存器IR中，通過指令譯碼(分析)確定應該進行什么操作，然后通過控制總線送至相應部件實現功能。常見的控制方式有同步控制、異步控制、聯合控制和人工控制。控制單元的設計有兩種方法：組合邏輯設計和微程序設計。組合邏輯設計首先要確定控制方式，然后決定微操作的節拍安排，再根據微操作列出微操作命令的操作時間表、求出最簡邏輯表達式并畫出微操作的邏輯圖。這種方法思路清晰，但每一個微操作都對應一個邏輯電路，最終的控制單元會十分龐雜。微程序設計是指將一條機器指令編寫成一個微程序，每一個微程序包含若干條微指令，每一條微指令對應一個或幾個微操作命令，然后把這些微程序存到一個控制存儲器中，用尋找用戶程序機器指令的方法來尋找每一個為程序中的微指令。這些微指令以二進制代碼形式表示，每位代表一個控制信號，因此逐條執行每一條微指令，也就相應的完成了一條機器指令的全部操作。微指令的編碼方式有直接編碼、字段直接編碼、字段間接編碼、混合編碼等，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令。

【心得體會】 在做完這次課程論文后，讓我再次加深了對計算機的組成原理的理解，對計算機的構建也有更深層次的體會。計算機的每一次發展，都凝聚著人類的智慧和辛勤勞動，每一次創新都給人類帶來了巨大的進步。計算機從早期的簡單功能，到現在的復雜操作，都是一點一滴發展起來的。這種層次化的讓我體會到了，凡事要從小做起，無數的‘小’便成就了‘大’。在學習過程中也是碰到了很多問題，主要就和老師說的一樣，課后沒有看書，導致一些知識點沒有掌握完全，概念問題有很多細節不懂。這些都要盡量彌補，才能讓這門課的學習達到目的。

【結語】 計算機的發展日新月異。自從踏入21世紀以來可謂發展神速，可以預見將來必將出現新的電腦體系、功能與知識，我們不能局限于現今所學的的知識，要跟上時代的步伐，時時刻刻關注計算機方面的發展，這樣才能為以后的工作學習打下堅實的基礎。

【參考文獻】

【1】唐俊飛.計算機組成原理.北京：剛等教育出版社，2000.【2】白中英,等.計算機組成原理.3版.北京：科學出版社，2002.