機(jī)械工程師計(jì)算機(jī)應(yīng)用

1、計(jì)算機(jī)應(yīng)用內(nèi) 容 綱 要計(jì)算機(jī)應(yīng)用基本知識(shí)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）CAD/CAPP/CAM/CAE計(jì)算機(jī)應(yīng)用基本知識(shí)微機(jī)的構(gòu)成及種類 “微機(jī)”是微處理機(jī)(微處理器)、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的統(tǒng)稱。微處理機(jī)( Microprocessor)簡(jiǎn)稱P或CPU。它是一個(gè)大規(guī)模集成電路(Large Scale Integration，LSI)器件或超大規(guī)模集成電路(VLSI)器件，器件中有數(shù)據(jù)通道、多個(gè)寄存器、控制邏輯和運(yùn)算邏輯部件，有的器件還含有時(shí)鐘電路，為器件的工作提供定時(shí)信號(hào)。微型計(jì)算機(jī)( Microcomputer)簡(jiǎn)稱C或MC。它是以微處理器（CPU）為中心，加上只讀存儲(chǔ)器(RO

2、M)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、輸入/輸出接口電路、系統(tǒng)總線及其他支持邏輯電路組成的計(jì)算機(jī)?？荚囈螅菏煜PURAMROMI/O輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器考試要求：熟悉數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線按組裝形式分類單片機(jī)(微控制器)：在一塊集成電路芯片(LSI)上裝有CPU、ROM、RAM以及輸入/輸出端口電路，該芯片就被稱為單片微型計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱單片機(jī))。 單片機(jī)的設(shè)計(jì)充分考慮了機(jī)械控制的需要，它獨(dú)有的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和輸入/輸出(I/O)能力，提供了有效的控制功能，故又被稱為微控制器。單板機(jī)：將微型計(jì)算機(jī)的基本體系CPU、一定容量的ROM和RAM、輸入/輸出端口以及一些輔助電路分別做成LSI芯片，并將它

3、們配置在一塊印制電路板上，用電纜線和外部設(shè)備直接連接起來，這樣的計(jì)算機(jī)叫做單板微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單板機(jī)。微機(jī)系統(tǒng)(MCS)：根據(jù)需要，將微型計(jì)算機(jī)、ROM、RAM、I/0接口電路、電源等組裝在不同的印制電路板上，然后組裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，再配上鍵盤、CRT顯示器、打印機(jī)、硬盤和軟盤驅(qū)動(dòng)器等多種外圍設(shè)備利足夠的系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng)。考試要求：熟悉思考題3.CPU、MC、MCS之間的關(guān)系怎樣？按微處理機(jī)位數(shù)分類 按微處理機(jī)位數(shù)可將微型計(jì)算機(jī)分為4位、8位、16位、32位和64位等幾種。 所謂位數(shù)是指微處理機(jī)并行處理的數(shù)據(jù)位數(shù)，即可同時(shí)傳送數(shù)據(jù)的總線寬度。4位機(jī)多做成單片機(jī)，主要用于單機(jī)控

4、制。 8位機(jī)有單片和多片之分，主要用于控制和計(jì)算。16位機(jī)功能更強(qiáng)、性能史好，用于比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可以使小型機(jī)微型化。32位和64位機(jī)是比小型機(jī)更具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品?？荚囈螅菏煜ぐ从猛痉诸?按用途分類可以將微型計(jì)算機(jī)分為控制用和數(shù)據(jù)處理用微型計(jì)算機(jī)。對(duì)單片機(jī)來說：分為通用型和專用型。通用型單片機(jī)：即通常所說的各種系列的單片機(jī)。它可把開發(fā)的資源（如ROM、I/O接口等）全部提供給用戶，用戶可根據(jù)自己應(yīng)用上的需要來設(shè)計(jì)接口和編制程序，因此通用型單片機(jī)可作為系統(tǒng)或產(chǎn)品的微控制器，適用于各種應(yīng)用領(lǐng)域。專用單片機(jī)(專用微控制器)：是專門為某一應(yīng)用領(lǐng)域或某一特定產(chǎn)品而開發(fā)的一類單片機(jī)。為滿足某一領(lǐng)域應(yīng)用

5、的特殊要求而開發(fā)的單片機(jī)，其內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或指令系統(tǒng)都是特殊設(shè)計(jì)的，甚至內(nèi)部已固化好程序?？荚囈螅菏煜に伎碱}1.“微機(jī)”術(shù)語的含義是什么？微型計(jì)算機(jī)的分類？常用微機(jī)的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn) 1.十六位微機(jī)（8086/8088CPU）的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn):(1)內(nèi)部的運(yùn)算器、寄存器及內(nèi)部數(shù)據(jù)總線都為l6位。其外部數(shù)據(jù)總線則不同: 8086為l6位、8088為8位。(字VS字節(jié))(2)系統(tǒng)功能強(qiáng)，8086有100條指令;(3)多種尋址方式適用于高級(jí)語言中的數(shù)組和記錄等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);(4)20位地址線;(5)16位I/O端口地址線;(6)中斷功能強(qiáng);(7)具有管理DMA(Direct Memory Access)操作和

6、多處理器工作的能力?？荚囈螅菏煜?086/8088 CPU兩種工作模式 8086/8088 CPU的兩種模式是由CPU內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)決定的。 當(dāng)CPU的引腳MN/M接到+5V時(shí)， 工作于最小模式。MN/MX接地，8086/8088則工作于最大模式。 最小工作模式：指系統(tǒng)中只有8086/8088一個(gè)微處理器。在這種系統(tǒng)中， 8086/8088提供所有的總線控制信號(hào)。因此，系統(tǒng)中的總線控制邏輯電路被減到最少。 最大工作模式：相對(duì)于最小模式而言的，其特征是系統(tǒng)中可以包括兩個(gè)或多個(gè)微處理器，系統(tǒng)的控制信號(hào)由總線控制器提供。在8086/8088最大工作模式系統(tǒng)中，主處理器為8086/8088，其他處理

7、器稱為協(xié)處理器。協(xié)處理器有兩個(gè)，一個(gè)是數(shù)值協(xié)處理器8087，一個(gè)是輸入/輸出協(xié)處理器8089?？荚囈螅菏煜?shù)值協(xié)處理器8087 8087是一種專用于數(shù)值運(yùn)算的處理器，能實(shí)現(xiàn)多種類型的數(shù)值操作，比如高精度的整數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算，也可以迸行超越函數(shù)(如三角的數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù))的計(jì)算。 通常情況下，由于這些運(yùn)算是用軟件方法來完成的，花費(fèi)CPU很多運(yùn)行時(shí)間，而8087是用硬件方法實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)算。所以，在系統(tǒng)中加入8087后，會(huì)大幅度地提高系統(tǒng)的數(shù)值運(yùn)算速度?？荚囈螅毫私廨斎?輸出協(xié)處理器8089 8089有一套專門用于輸入/輸出操作的指令系統(tǒng)，它可以直接為輸入/輸出設(shè)備服務(wù)，使8086/8088不再承擔(dān)這類工

8、作。所以，在系統(tǒng)一中加入8089后，會(huì)明顯提高主處理器的效率，尤其是在輸入/輸出頻繁的場(chǎng)合?？荚囈螅毫私?086/8088CPU的引腳配置 8086/8088CPU是一個(gè)具有40跟引腳、雙直插式結(jié)構(gòu)LSI芯片。P358圖7.1-2為8086/8088CPU的引腳配置。 其引腳可分成五種類型: 只傳送固定信息的引腳,如引腳32為只讀信號(hào)； 電平的高低代表不同信息的引腳，如引腳33為MN/M，其高電平為最小工作模式； 在最大和最小工作模式下有不同定義的引腳(括號(hào)內(nèi)為最小工作模式引腳的定義)，如引腳29； 每一個(gè)引腳可傳送兩種信息即在不同時(shí)刻傳送不同信息的引腳，一般稱這類引腳為分時(shí)復(fù)用引腳； 輸入

9、和輸出分別傳送不同信息的引腳。如引腳3l為RQ/GT，輸入時(shí)傳送總線請(qǐng)求，輸出時(shí)傳送總線請(qǐng)求允許信號(hào)?？荚囈螅菏煜ぷ畲蠛妥钚」ぷ髂Ｊ降湫团渲肞359圖7.1-3aP359圖7.1-3bP360圖7.1-4aP360圖7.1-4b考試要求：了解思考題4.8086/8088CPU的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)，什么是最小模式與最大模式？2.八位微機(jī)（Z80CPU）的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn) Z80 CPU是一個(gè)具有4O條引腳、雙列直插式結(jié)構(gòu)的大規(guī)模集成電路(LSI)芯片。 其引腳配置如P361圖7.l-5所示。圖中箭頭的方向表示該信號(hào)是輸出還是輸入。常用微機(jī)的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)考試要求：熟悉Z80 CPU的引腳功能(1)地址總線

10、(A0-A15)三態(tài)輸出;(2)數(shù)據(jù)總線(D0-D7)三態(tài)輸入或輸出(雙向);(3)數(shù)據(jù)讀和寫的控制信號(hào)(MREQ、IORQ、RD、WR);(4)中斷控制信號(hào)(INT、NMI); (5)總線控制信號(hào)(BUSRQ、BUSAK）；(6)其他控制信號(hào)(HALT、WAIT、RFSH、MI)；(7)CPU啟動(dòng)所需的信號(hào)(Vcc、GND、RESET)?？荚囈螅菏煜?總線用驅(qū)動(dòng)器：CPU的總線負(fù)載能力是有限的。在總線上所掛芯片的數(shù)目較多時(shí)，必須加總線驅(qū)動(dòng)器來提高總線的驅(qū)動(dòng)能力，否則將降低系統(tǒng)的可靠性，甚至不能正常工作。 總線用驅(qū)動(dòng)器必須具有雙向性，用得較多的是82l6芯片；地址總線用的驅(qū)動(dòng)器只需要具有從C

11、PU到存儲(chǔ)器或I/0端口單方向性即可；控制總線用的驅(qū)動(dòng)器多用74LS367芯片，其最大輸出電流為32mA?？荚囈螅菏煜こＳ梦C(jī)的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)3.單片機(jī)的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn) 單片機(jī)( Single-Chip Microcomputer)的典型結(jié)構(gòu)如圖P361圖7.l-6所示。 5l系列單片機(jī)是8位微機(jī)中性能價(jià)格比最佳，應(yīng)用較多的單片機(jī)系列產(chǎn)品。5l系列單片機(jī)包括8051、8751和8031三種產(chǎn)品，其最大特點(diǎn)是硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活。考試要求：熟悉CPUI/O接口定時(shí)計(jì)數(shù)器程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)鐘考試要求：熟悉片內(nèi)總線5l系列單片機(jī) 8051片內(nèi)有4KB的ROM，用戶將已開發(fā)好的程序交給芯片制造廠商，在制

12、造芯片時(shí)用掩膜工序?qū)⒂脩舫绦驅(qū)懭隦OM。 8751片內(nèi)有4KB的EPROM，用戶可以用高壓脈沖將用戶程序?qū)懭肫瑑?nèi)EPROM。所以當(dāng)用戶的程序不長(zhǎng)時(shí)使用這種芯片可簡(jiǎn)化電路，也可以做為開發(fā)系統(tǒng)片內(nèi)8051 ROM單片機(jī)的代用芯片。803l片內(nèi)無ROM或EPROM，使用時(shí)必須配置外部的程序存儲(chǔ)器EPROM。如不使用805l或8751芯片內(nèi)的ROM或EPROM即可將其做為803l片使用。 又因?yàn)?031在外接存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)地址的低8位信息及數(shù)據(jù)信息分時(shí)送出，故還需采用一片74LS373來鎖定存低8位地址信息。這樣，一片2764EPROM及一片74LS373組成一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，如圖P36

13、2圖7.l-8所示。 這三種引腳相容的產(chǎn)品均可于尋址64KB的外部程序存儲(chǔ)器和64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 考試要求：熟悉 MCS-51系列單片機(jī)的引腳如P362圖7.1-7所示，其引腳功能可分為三大部分： I/O總線 控制口線 電源及時(shí)鐘考試要求：熟悉思考題6.51系列微機(jī)的主要的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)，及應(yīng)用特點(diǎn)？常用微機(jī)的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)5.可編程邏輯控制器 （Program Logic Control ，PLC）01 “可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式

14、、模擬式的輸入、輸出，控制各種機(jī)械和生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成-個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)考試要求：熟悉常用微機(jī)的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)5.可編程邏輯控制器（PLC）02 可編程邏輯控制器PLC將計(jì)算機(jī)的完備功能和繼電器控制系統(tǒng)的順序控制技術(shù)結(jié)合起來，具有如下幾個(gè)顯著特點(diǎn)： 可靠性高，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。在PLC的硬件、軟件上采用屏蔽、濾波、電源的穩(wěn)壓與保護(hù)、隔離、采用模塊化結(jié)構(gòu)、聯(lián)鎖、采用冗余結(jié)構(gòu)、環(huán)境檢測(cè)和診斷電路、自診斷程序、故障檢測(cè)軟件等措施； 編程簡(jiǎn)單。PLC采用梯形圖編程，梯形圖與繼電控制線路圖相類似，懂電氣控制的工程

15、技術(shù)人員和工人很容易學(xué)會(huì)。 通用性強(qiáng)，性能價(jià)格比高； 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化； 直接帶負(fù)載能力強(qiáng)。考試要求：熟悉思考題10.可編程邏輯控制器PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用？常用微機(jī)的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)5.可編程邏輯控制器（PLC）03 PLC的工作原理:PLC大多采用循環(huán)掃描和中斷工作方式。通過掃描可完成各輸入點(diǎn)的狀態(tài)采集或輸入數(shù)據(jù)采集、用戶程序邏輯解算、各輸出點(diǎn)的狀態(tài)更新、編程器鍵入響應(yīng)和顯示更新、自檢和復(fù)位掃描監(jiān)視用定時(shí)器等。（P366圖7.1-17）PLC的掃描既可按固定的順序進(jìn)行，也可采用分時(shí)、分批掃描執(zhí)行的方法，可縮短循環(huán)掃描的周期和提高控制的實(shí)時(shí)響應(yīng)性。對(duì)用戶程序的循環(huán)掃描過程，一般分為輸入采樣階段、程

16、序執(zhí)行階段和輸出刷新階段三個(gè)階段進(jìn)行?？荚囈螅菏煜こＳ梦C(jī)的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)5.可編程邏輯控制器（PLC）04 PLC的程序語言：PLC多采用梯形圖語言和指令表語言。 梯形圖與繼電器電路圖非常相似，但兩者又有本質(zhì)區(qū)別。主要為一個(gè)是程序一個(gè)是電路圖，具體來說：梯形圖用“軟繼電器”和“軟觸點(diǎn)”(或稱虛擬繼電器和虛擬觸點(diǎn))代替繼電線路中的真正元器件，以順序描掃代替電路的串并行工作，軟觸點(diǎn)數(shù)無限、無磨損代替繼電器觸點(diǎn)數(shù)受限和磨損，軟接線靈活多變代替繼電器電路中的固定接線。考試要求：熟悉常用微機(jī)的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)5.可編程邏輯控制器（PLC）04 用戶程序編制： 用戶程序編制步驟:確定控制流程、分配I/O、畫

17、小梯形圖、程序輸入并調(diào)試、保存程序: PLC的基本指令。選用哪一種PLC就要熟悉它的指令?？荚囈螅菏煜MRON C20型PLC基本指令指令助記符操作LD每條邏輯線或邏輯塊開始OUT表示輸出1位AND對(duì)兩個(gè)輸入進(jìn)行邏輯“與OR對(duì)兩個(gè)輸入進(jìn)行邏輯“或NOT取反，常用于構(gòu)成常閉觸點(diǎn)輸入，可以和LD、OUT、AND和OR一起使用END表示程序結(jié)束AND LD表示兩個(gè)程序塊串聯(lián)OR LD表示兩個(gè)程序塊并聯(lián)用戶程序編制舉例例:將一個(gè)長(zhǎng)動(dòng)和點(diǎn)動(dòng)控制的繼電器控制線路改由PLC控制，設(shè)計(jì)出梯形圖程序。 電路圖：P367圖7.1-18 梯形圖：P367圖7.1-19微機(jī)軟硬件的選用原則 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)

18、用各種知識(shí)的過程。不同產(chǎn)品所需要的控制功能、控制形式和動(dòng)作控制方式也不盡相同。由于采用微機(jī)做為機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的的控制器，因此其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是選用微機(jī)、設(shè)計(jì)接口、選用控制形式和動(dòng)作控制方式的問題。需要各專業(yè)人員通力合作?？荚囈螅毫私馕C(jī)軟硬件的選用原則 1.專用與通用的抉擇 專用控制系統(tǒng)適合于大批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，如果要求具有機(jī)械與電子有機(jī)結(jié)合的緊湊結(jié)構(gòu)，也只有專用控制系統(tǒng)才能做到。專用控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題，實(shí)際上就是選用適當(dāng)?shù)耐ㄓ肐C芯片來組成控制系統(tǒng)，以便與執(zhí)行元件和檢測(cè)傳感器相匹配，或重新設(shè)計(jì)制作專用集成電路，把整個(gè)控制系統(tǒng)集成在一塊或幾塊芯片上。 對(duì)于多品種

19、、中小批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，由于還在不斷改進(jìn)，結(jié)構(gòu)還不十分穩(wěn)定，特別是對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造時(shí)，采用通用控制系統(tǒng)比較合理。通用控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是合理選擇主控制微機(jī)機(jī)型，設(shè)計(jì)與其執(zhí)行元件和檢測(cè)傳感器之間的接口，并在此基礎(chǔ)上編制應(yīng)用軟件的問題。這實(shí)質(zhì)上就是通過接口設(shè)計(jì)和軟件編制來使通用微機(jī)專用化的問題?？荚囈螅毫私馕C(jī)軟硬件的選用原則 2.硬件與軟件的權(quán)衡 無論是采用通用控制系統(tǒng)還是專用控制系統(tǒng)，都存在硬件和軟件的權(quán)衡問題。 有些功能，例如運(yùn)算與判斷處理等，適宜用軟件來實(shí)現(xiàn)。而在其余多數(shù)情況下，對(duì)某種功能既可用硬件來實(shí)現(xiàn)，又可用軟件來實(shí)現(xiàn)。因此，控制系統(tǒng)中硬件和軟件的合理組成，通常要根據(jù)經(jīng)濟(jì)

20、性和可靠性的標(biāo)準(zhǔn)權(quán)衡決定。 在用分立元件組成硬件的情況下，就可以考慮是否采用軟件，能采用通用的LSI芯片來組成所需的電路的情況下，則最好采用硬件。這是因?yàn)榕c采用分立元件組成的電路相比，采用軟件不需要焊接，并且易于修改，所以采用軟件更可靠。而在利用LSI芯片組成電路時(shí)，不僅價(jià)廉而且可靠性高，處理速度快，因而采用硬件更為有利?？荚囈螅毫私?控制系統(tǒng)一般為電子系統(tǒng)，環(huán)境適應(yīng)能力較差，存在電噪聲干擾問題，例如在一般車間條件下使用就容易受到干擾而引起故障。電子系統(tǒng)的維修需要專門的技術(shù)，一般操作人員不易掌握。因此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于提高包括環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力在內(nèi)的可靠性時(shí)，必須特別注意采取必要的措

21、施。思考題2.微機(jī)軟硬選擇的原則是什么？計(jì)算機(jī)仿真仿真的基本概念 仿真( simulation ) 指通過對(duì)模擬系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)去研究一個(gè)存在或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。仿真的關(guān)鍵是建立從實(shí)際系統(tǒng)抽象出來的仿真模型。仿真是在模型上迸行反復(fù)試驗(yàn)研究的過程。模型有物理模型與數(shù)學(xué)模型，故仿真也有物理仿真與數(shù)學(xué)仿真。物理模型與實(shí)際系統(tǒng)之間具有相似的物理屬性，故物理仿真能觀測(cè)到難以用數(shù)學(xué)來描述的系統(tǒng)特性，但要花費(fèi)較大的代價(jià)。 數(shù)學(xué)仿真又稱計(jì)算機(jī)仿真。即建立系統(tǒng)(或過程)的可以計(jì)算的數(shù)學(xué)模型(仿真模型),并據(jù)此編制成仿真程序放入計(jì)算機(jī)迸行仿真試驗(yàn)，掌握實(shí)際系統(tǒng)(或過程)在各種內(nèi)外因素變化下性能的變化規(guī)律。考試要求：了解計(jì)算

22、機(jī)仿真的發(fā)展和意義 數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真的主要工具是數(shù)字計(jì)算機(jī)和仿真軟件。計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用主要有兩類:1.系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)2.制成訓(xùn)練用的仿真器考試要求：了解計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展和意義 計(jì)算機(jī)仿真的重要意義主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：(l)替代許多難以或無法實(shí)施的實(shí)驗(yàn)；(2)解決一般方法難以求解的大型系統(tǒng)問題；(3)降低投資風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省研究開發(fā)費(fèi)用；(4)避免實(shí)際實(shí)驗(yàn)對(duì)生命、財(cái)產(chǎn)的危害；(5)縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間、不受時(shí)空限制?？荚囈螅毫私庥?jì)算機(jī)仿真的一般過程 計(jì)算機(jī)訪真的基本方法是將實(shí)際系統(tǒng)抽象描述為數(shù)學(xué)模型，再轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)求解的仿真模型，然后編制程序，上機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)并顯示結(jié)果。 (1)建立數(shù)學(xué)模型 (2)建立

23、仿真模型 (3)編制仿真程序 (4)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn) (5)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析 (6)仿真工作總結(jié)考試要求：了解仿真在CAX系統(tǒng)中的應(yīng)用 仿真在CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: (1)產(chǎn)品形態(tài)仿真 (2)裝配關(guān)系仿真 (3)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 (4)動(dòng)力學(xué)仿真 (5)零件工藝過程幾何仿真 (6)加工過程仿真 (7)生產(chǎn)過程仿真考試要求：了解仿真在CAX系統(tǒng)中的應(yīng)用 目前，市場(chǎng)上已有商品化仿真軟件系統(tǒng)，如許多CAE軟件系統(tǒng)都含有運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真功能模塊，ADAMS做為動(dòng)力學(xué)分析仿真系統(tǒng)也在許多領(lǐng)域發(fā)揮了作用?？荚囈螅毫私馑伎碱}11.何謂仿真？它在工程中其什么作用？12.何謂物理仿真和

24、數(shù)學(xué)仿真？?jī)烧叽嬖谑裁搓P(guān)系？13.分析計(jì)算機(jī)仿真的過程。舉例說明仿真在CAX中的作用？計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC） 數(shù)字控制技術(shù),簡(jiǎn)稱數(shù)控技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字化信息(數(shù)字量及字符)發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。數(shù)控裝置是數(shù)控設(shè)備的控制核心，通常由一臺(tái)通用或?qū)Ｓ梦⑿陀?jì)算機(jī)構(gòu)成。數(shù)控裝置根據(jù)輸入的指令，進(jìn)行譯碼、處理、計(jì)算和控制，實(shí)現(xiàn)其數(shù)控功能。 硬件數(shù)控是指數(shù)控設(shè)備的數(shù)控功能用專用計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的數(shù)控。 軟件數(shù)控或簡(jiǎn)稱為CNC (計(jì)算機(jī)數(shù)字的控制)是指以小型通用計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)控制程序來實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能?？荚囈螅菏煜?CNC系統(tǒng)是現(xiàn)代的主流數(shù)字控制系統(tǒng)。用CNC統(tǒng)控制機(jī)床

25、，則稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床，簡(jiǎn)稱CNC機(jī)床。P372圖7.3-l為CNC系統(tǒng)構(gòu)成框圖, P372圖7.3-2為CNC系統(tǒng)的主要工作過程?？荚囈螅菏煜NC控制程序編制基礎(chǔ) 數(shù)控加工的特點(diǎn)是加工內(nèi)容十分具體、加工工藝相當(dāng)嚴(yán)密、加工工序相對(duì)集中。 數(shù)控機(jī)床是嚴(yán)格按照從外部輸入的加工程序自動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行加工。加工程序是用自動(dòng)編程語言和格式表示的一套命令，簡(jiǎn)稱指令。加工程序是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。數(shù)控加工程序是人的意圖與數(shù)控加工之間的橋梁?？荚囈螅菏煜NC控制程序編制基礎(chǔ) 所謂數(shù)控加工程序編制，就是指根據(jù)零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識(shí)訓(xùn)的

26、語言記錄在程序單上，再按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)(程序信息載體)，如程序穿孔紙帶或磁盤，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀取的信息，再通過輸入設(shè)備送入數(shù)控裝置進(jìn)行試切，若不合格則修改程序，直至合格為止。考試要求：熟悉CNC控制程序編制基礎(chǔ) 加工程序編制的內(nèi)容一般包括以下主要內(nèi)容: 選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容； 對(duì)零件圖進(jìn)行數(shù)控加工的工藝分析； 數(shù)控加工的工藝處理； 對(duì)零件圖形的數(shù)學(xué)處理； 編寫加工程序單； 按程序單制做控制介質(zhì)； 程序的校驗(yàn)與修改； 首件試加工與現(xiàn)場(chǎng)問題處理； 數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔等?？荚囈螅菏煜NC控制程序編制基礎(chǔ) 數(shù)控程序編程的具體步驟如下:(l)分析零件圖樣(2)

27、確定工藝過程(3)數(shù)值計(jì)算(4)編寫程序單(5)制作程序載體(6)程序校驗(yàn)及首件試切考試要求：熟悉CNC控制程序編制基礎(chǔ) 普通程序格式及典型程序代碼 (l)程序的構(gòu)成(2)程序段格式(3)典型常用指令代碼簡(jiǎn)介(4)數(shù)控機(jī)床聯(lián)動(dòng)軸X、Y、Z和A、B、C的定義規(guī)則考試要求：熟悉CNC程序編制方法 一、手工編程與自動(dòng)編程 由分析零件圖、制訂工藝規(guī)程、計(jì)算刀具運(yùn)動(dòng)軌跡編寫零件加工程序單、制做控制介質(zhì)直到程序校驗(yàn)，整個(gè)過程主要由人來完成，這種人工制備零件加工程序的方法稱為手工編程。圖7.3-6表示手工編程的工作過程，圖7.3-7為自動(dòng)編程的工作過程。 目前，在編程的各項(xiàng)工作中，除工藝處理仍主要依靠人工進(jìn)

28、行外，其余的工作包括數(shù)學(xué)處理、編寫程序單、紙帶穿孔和程序校驗(yàn)各項(xiàng)工作均通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，編程計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱編程機(jī))的作用幾乎貫穿于整個(gè)編程過程。自動(dòng)編程系統(tǒng)將更多地體現(xiàn)“專家”色彩?？荚囈螅菏煜NC程序編制方法 二、手工編程舉例三、程序語言方法自動(dòng)編程流程四、APT編程簡(jiǎn)例普通程序格式 考試要求：熟悉直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ) 考試要求：熟悉 用數(shù)字信息描述的零件廓形，是通過數(shù)控裝置有規(guī)律地控制機(jī)床各個(gè)軸的單位運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來完成零件廓形的加工。簡(jiǎn)言之，零件輪廓上的己知點(diǎn)之間，用通過有規(guī)律地分配各個(gè)軸的單位運(yùn)動(dòng)而逼近零件廓形，即稱為插補(bǔ)。 直線插補(bǔ)方式：給出兩端點(diǎn)間的插補(bǔ)數(shù)字

29、信息，借此信息控制刀具的運(yùn)動(dòng)，使其按照規(guī)定的直線加工出理想的曲面。 圓弧插補(bǔ)方式：給出兩端點(diǎn)間的插補(bǔ)數(shù)字信息，借此信息控制刀具的運(yùn)動(dòng)，使其按照規(guī)定的圓弧加工出理想的曲面。 還有二次曲線插補(bǔ)(如拋物線插補(bǔ))、高次函數(shù)插補(bǔ)(如螺旋線插補(bǔ))等插補(bǔ)方式。處理這些插補(bǔ)的算法，稱之為插補(bǔ)運(yùn)算。插補(bǔ)運(yùn)算是由計(jì)算機(jī)完成的。P376圖7.3-10為直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)。CAD/CAPP/CAM/CAECAD/CAPP/CAM的基本概念 隨著計(jì)算機(jī)在制造領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入，先后提出了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)(CAPP)和計(jì)算機(jī)制造(CAM)等概念。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)：是指工程技術(shù)人員

30、以計(jì)算機(jī)為輔助工具來完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的各項(xiàng)工作，如草圖繪制、零件設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、工程分析等?？荚囈螅毫私釩AD/CAPP/CAM的基本概念 計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)(CAPP)：是指工藝人員借助于計(jì)算機(jī)，根據(jù)產(chǎn)品制造工藝要求，交互地或自動(dòng)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(shè)計(jì)等。 計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)：是指借助計(jì)算機(jī)來完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造出來的過程中的各項(xiàng)活動(dòng)，如計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程、制造過程控制、質(zhì)量檢測(cè)與分析等。考試要求：了解CAD/CAPP/CAM的基本功能和工作流程 在CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)主要幫助人們完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)描述、工程信息表達(dá)

31、、工程信息傳輸與轉(zhuǎn)化、結(jié)構(gòu)及過程的分析與優(yōu)化、信息管理與過程管理等工作。因此，作為CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)，應(yīng)具備以下功能： 圖形圖像處理； 產(chǎn)品與過程建模； 信息存儲(chǔ)與管理； 工程計(jì)算分析與優(yōu)化； 工程信息傳輸與交換； 模擬與仿真； 人機(jī)交互； 信息的輸入和輸出等?？荚囈螅毫私釩AD/CAPP/CAM的基本功能和工作流程 以各項(xiàng)基本功能為基礎(chǔ)上，分別構(gòu)成CAD/CAPP/ CAM中各項(xiàng)任務(wù)的具體功能，如圖7.4-2所示。 CAD/CAPP/CAM是輔助人們完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造各個(gè)環(huán)節(jié)的信息處理，改善了傳統(tǒng)手信息處理的許多缺陷，充分利用計(jì)算機(jī)的信息處理與存儲(chǔ)管理能力，結(jié)合人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)及創(chuàng)

32、造性，形成一個(gè)人機(jī)交互、各盡所長(zhǎng)、緊密配合的系統(tǒng)。它主要研究對(duì)象的描述、系統(tǒng)的分析、方案的優(yōu)化、計(jì)算分析、工藝設(shè)計(jì)、仿真模擬、NC編程以及圖形處理等理論工程方法，輸入的是設(shè)計(jì)要求，輸出的是制造加工信息。 CAD/CAPP/CAM的工作過程包括九個(gè)方面?？荚囈螅毫私庥?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD） 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CADComputer-aided design廣義的CAD是指計(jì)算機(jī)對(duì)工程全過程的輔助。 計(jì)算機(jī)輔助繪圖Computer-aided drawing是CAD的主要內(nèi)容。 AutoDesk公司與AutoCAD軟件微機(jī)平臺(tái)上最普及的一個(gè)繪圖軟件包?？荚囈螅毫私庥?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）-01 C

33、AD是CIMS的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。CAD的功能目前可歸納為四大類:建立幾何模型；工程分析；動(dòng)態(tài)模擬；自動(dòng)繪圖。 根據(jù)CAD系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和相應(yīng)軟件的規(guī)模，可以選用大型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、工程工作站和高檔微機(jī)。 用CAD系統(tǒng)的輸入輸出設(shè)備主要由鍵盤、字符終端、圖形顯示終端、光筆、圖形輸入板、坐標(biāo)數(shù)字化儀、繪圖機(jī)、打印機(jī)、磁帶機(jī)、紙帶機(jī)等?？荚囈螅毫私庥?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）02 CAD系統(tǒng)的軟件可分為:系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。 CAD發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)有:軟件工程技術(shù)、集成產(chǎn)品模型研究、分布式環(huán)境技術(shù)、集成環(huán)境中統(tǒng)一的工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、多媒體技術(shù)等。 CAD技

34、術(shù)的發(fā)展方向主要是:CAD系統(tǒng)的集成化，主要是CAD/CAPP/CAM集成化、計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)、CAD的標(biāo)準(zhǔn)化、 CAD的智能化(專家系統(tǒng))、CAD的幾何建模的特征化、CAD系統(tǒng)的界面友好化與開發(fā)工具化?？荚囈螅毫私庥?jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（CAPP） CAPP是應(yīng)用計(jì)算機(jī)快速處理信息功能和具有各種決策功能的軟件來自動(dòng)生成工藝,工藝規(guī)程設(shè)計(jì)自動(dòng)化。 應(yīng)用CAPP系統(tǒng)，不僅可以大大提高工藝規(guī)程的生成速度和質(zhì)量，而且對(duì)CAPP系統(tǒng)操作人員對(duì)工藝規(guī)程設(shè)計(jì)熟練程度的要求可以較低，即工藝經(jīng)驗(yàn)較少的工藝人員也能借助CAPP系統(tǒng)設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的工藝規(guī)程。考試要求：了解計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（CAPP）

35、 CIMS的關(guān)鍵是信息集成，而CAD和CAM的集成是實(shí)施CIMS最重要的環(huán)節(jié)之一。CAD與CAM系統(tǒng)集成的一種有效方法是利用CAPP系統(tǒng)，把CAD、CAPP、CAM三個(gè)相互獨(dú)立的自動(dòng)化“孤島”有機(jī)的連接起來，必須研制兩個(gè)接口。這兩個(gè)接口中，CAD與CAPP的接口是關(guān)鍵，其的作用是把CAD系統(tǒng)主成的零件模型數(shù)據(jù)變成符合CAPP系統(tǒng)輸入需要的零件定義數(shù)據(jù)與相應(yīng)的格式。再經(jīng)CAPP系統(tǒng)變成CAM的加工信息?？荚囈螅毫私庥?jì)算機(jī)輔助制造（CAM） 廣義的CAM一般是指利用計(jì)算機(jī)輔助完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程中直接和間接的活動(dòng)，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、物流過程的運(yùn)行控制、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等主要方面。簡(jiǎn)言之，CAM是指利用計(jì)