数控原理与系统课程论文（大全五篇）

第一篇：数控原理与系统课程论文

数控铣削加工工艺分析论文

作业名称：数控铣削加工工艺分析论文

学生姓名：

王伟兵

专

业： 数 控 技 术 专 业

班

级：

09

级

班

学

号： 4509040206

指导教师：

杨晓东

日

期：

2011

年 11月24 日

FANUC数控系统

制造业的竟争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量的竟争，发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竟争，将面临知识——技术——产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、性能的要求更高，同时社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强。因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得竟争和生存、发展的主要手段。数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，由于它具有良好的柔性、高的加工精度和稳定性、能加工复杂零件、减轻了工人的劳动强度和易于实现现代化管理等一系列优点，目前在机械制造业中得到了广泛的应用。计算机信息技术和制造自动化技术的结合越来越紧密，作为自动化柔性生产重要基础的数控机床在生产机床中所占比例将越来越多。数控系统是数控机床的核心，根据功能和性能的要求，数控机床可以配置相应的数控系统。FANUC数控系统应运而生。

一、FANUC数控系统介绍及发展前景：

日本FANUC公司创于1956年，是生产数控系统和工业机器人的著名厂家。20世纪60年代FANUC公司开发了以硬件为主的开环数控系统。20世纪70年代，它与德国SIEMENS公司联合研制了数控系统7，使其成为世界上最大的专业数控系统生产厂家。20世纪80年代，FANUC公司先后推出系列数控产品数控系统10、11、12系列和数控系统0系列。数控系统0系列在硬件上采用了最新型高速高集成度的微处理器，使其运算速度、控制能力都有了较大提高。

FANUC公司目前生产的数控系统装置有F0、F10、F11、F12、F15、F16、F18等系列。F00、F100、F110、F120、F150系列是在F0、F10、F11、F12、F15的基础上增加了MMC功能，即CNC、PMC、MMC三位一体的数控系统。FANUC数控系统以其高质量、低成本、高性能、较全的功能，适用于各种机床和生产机械等特点，在市场上的占有率远远超过其他数控系统。

二、FANUC数控系统的特点：

1、系统在设计上采用的模块化结构易拆装，各个控制板高度集成，便于维修和更换。

2、采用专用LSI（大规模集成电路）技术，提高了芯片的集成度、系统的可靠性，减小了体积和降低了成本。

3、产品应用范围广。每一种CNC装置可配多种控制软件，适用于多种机床。

4、不断采用新工艺、新技术：SMT（高密度表面安装技术）、多层印制电路板、光导纤维电缆等。

5、CNC装置体积减小，采用了面板装配式、内装式PMC以及多种形式结构和尺寸规格的控制器，以适应机电一体化的需求。

6、在插补、进给加减速、补偿、自动编程、图形显示、、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能。

1插补功能：除直线、圆弧、螺旋线插补外，还有假想轴插补、极坐标插补、圆锥面插○补、指数函数插补、渐开线插补、样条插补等。

2切削进给的自动加减速功能：除插补后直线加减速，还有插补前加减速。○3补偿功能：除了螺距误差补偿、丝杠反向间隙补偿之外，还有坡度补偿、○线性度补偿和各种新的刀具补偿功能。

4故障诊断功能：系统采用推理软件，具有人工智能能以知识库为根据查找○故障原因。

7、以用户特定宏程序、MMC 等功能来推进CNC装置面向用户开放的功能。

8、支持多种语言显示：日语、英语、德语、汉语、法语等。

9、备有多种外设：FANUC PPR（Printer/Punch/Reader，打印、穿孔、阅读）、FANUC FA（Factory Automation，自动化工厂）CARD、FANUC FLOPPY CASSETE(卡式录音带)、FANUC PROGRAME FILE Mate等。

10、推出MAP（制造自动化协议）接口，使CNC通过该接口实现与上一级计算机通信。

11、根据用户需要，不断地更新CNC产品的功能。

三、FANUC 0系列数控系统

1、主要产品： F0系列是结构紧凑、面板可装配式的CNC装置，易于组成机电一体化系统。FANUC 公司先后开发出的F0-MA、MB、MEA、MC等系列，应用于数控机床。F0系列有多个品种，他适应于各种中、小型机床，例如： F0-MA/MB/MEA/MC用于。

F0-MF用于加工中心、镗床和铣床的对话式CNC装置。F0-TA/TB/TEA/TC用于车床。

F0-TF用于车床的对话式CNC装置。

F0-TTA/TTB/TTC用于单主轴双刀架或双主轴双刀架的4轴控制车床。F0-GA/GB用于磨床。

F0-PB用于回转头压力机。

2、FANUC 0系列数控系统的基本配置：

FANUC 0系列数控系统由数控单元本体、主轴和进给伺服单元以及相应的主轴电动机、进给电动机、CRT显示器、系统操作面板、机床操作面板、附加的输入/输出接口板（B2）、电池盒、手摇脉冲发生器等组成。

3、S系列进给伺服系统的基本配置：

常用的S系列交流伺服放大器的电源电压为220/230V，分为一轴型、二轴型、三周型三种。AC200/230V电源由专用的伺服变压器供给，AC100V制动电源由NC电源变压器供给。

4、S系列主轴伺服系统的基本配置：

四、FANUC 数控系统的干扰形式与来源：

数控系统的干扰一般是指那些与信号无关的，在信号输入、传输和输出的过程中出现的一些不确定的有害电气舜变现象。这些舜变现象会使数控系统中的数据在传输过程中发生变化，增大误差，使局部装置或整个系统出现异常情况，引起故障。在数控机床工作的环境中，存在各种各样的干扰因素：

1、供电条件非常恶劣。工业电网电压中长时间的欠压、过压，上千伏的尖峰脉冲干扰以及电网中的浪涌现象。

2、严重的噪声环境。在数据采集或实时控制的过程中，由输入、输出通道串入的共模电压或差模电压以及个通道之间的相互干扰，都会使信号失真。

3、还有来自于空间的干扰。如周围电气设备发出的电干扰和磁干扰，天体、通信设备发出的电磁波，甚至天气条件、雷电都会使数控系统不能正常的工作。

4、工业环境的温度、湿度、灰尘、腐蚀性气体及其他损害，都会影响数控系统的可靠性。综上所述，改善数控机床的工作环境，解决数控系统的适应性，需要采取各种措施提高其抗干扰的能力。这主要从电源、屏蔽、接地和各种抗干扰技术以及可靠性技术诸方面解决。

五、FANUC 数控系统的抗干扰

1、电源的抗干扰：

来自于交流电源的干扰对数控系统的影响最严重。数控系统的故障绝大多数来自电源噪声和电源故障本身。因此，对系统的电源和微电子部分都要采取抵制电磁干扰的措施。数控装置的安置要远离中、高频电气设备；最好采用独立的动力线供电，避免大功率起动、停止频繁的设备和电火花设备与数控机床位于同一供电干线上。动力线与信号线要分离，信号线采用绞合线，以防止磁场耦合和电场耦合的干扰。

2、屏蔽：是将有关电路、元器件或装置等安装在铜、铝等低电阻材料或是磁性材料制成的屏蔽场内，从而有效地对电磁场进行隔离。

3、接地：保护接地、系统接地、屏蔽接地。

4、抗干扰设计：印制板的安排与布局、系统总线的抗干扰设计、器件的优化等。

5、环境温度和湿度的要求；

6、系统上电自诊断；

7、Watchdog和电源掉电检测。

六、总结：

随着FANUC数控系统性能与可靠性的提高，价格更趋合理，使数控系统的性价比为广大用户所接受，同时随着先进制造与自动化技术在生产中的要求提高，数控系统的使用也将越来越广泛。我们相信伴随着计算机、信息技术革命的深入，数控系统在其智能化、系统信息控制等方面，将会有很大的进步。如何紧跟历史前进的步伐，找到适合于我们自己特点的发展道路，寻找技术进步的突破点，也是我们以后工作的重点，因为这是关系到自己和企业未来发展及生存的关键问题。

第二篇：《数控原理与系统》总结

《数控原理与系统》总结

数控就是数字控制，也就是利用数字化信息对机床轨迹和状态实行控制。

数控系统的组成：输入/输出装置、数控装置、伺服系统（驱动控制装置）、机床电器控制装置。机床坐标系：右手笛卡尔。Z轴平行机床主轴，正方向为工件到刀具夹持的方向。X轴为水平的、平行于工件装夹平面的轴，平行于主切削方向，且以此为正向。

机床零点（机床原点、机械原点）M是机床坐标系的设计原点。机床参考点（电气原点）R是机床制造厂在机床上设置的。工件原点W是变成人员在编写数控的加工程序时为定义工件尺寸，在工件上选择的坐标原点。

4数控系统的分类：按照数控机床的运动轨迹为点位数控系统、直线数控系统、轮廓数控系统；按照数控机床的伺服系统为开环数控系统、全闭环数控系统、半闭环数控系统。（区别:开环不带检测装置，也无反馈电路控制简单，调试维修方便，价格比较低廉，但是精度和速度受到限制。全闭环带有位置检测反馈装置，具有很高的精度和速度，设计和调试困难，系统稳定性难以保证。半闭环的也带有位置检测反馈装置，环路短，刚性好，调试方便，容易获得稳定的控制特性）。

5数控机床的特点：能加工复杂型面的零件，具有较强的适应性和柔性；可以保证高的加工精度，并且产品质量稳定，一致性好；较高的生产效率；可以改善生产条件减轻劳动强度；便于联网实现现代化管理以及规模大的自动化生产。

6DNC分布式数字控制：柔性自动生产线、柔性制造单元、柔性制造系统、计算机建成系统。信息流处理过程：输入、译码、诊断、刀补计算、速度处理、插补计算、位置控制。现代数控系统具有单元功能和通信功能。

7数控加工程序的输入方法：纸带阅读机输入、键盘方式输入、存储器方式输入、通信方式输入。

8译码：将输入的数控加工程序翻译成CNC装置能识别的代码形式。

9译码过程包括代码的识别（通过软件将加工程序缓冲器中的内码读出，并判断该数据的属性）和功能码的翻译（建立一个与数控加工程序缓冲器相对应的译码结果缓冲器，考虑缓冲器的规模，约定存储格式）。

10数控加工程序的诊断包括：语法错误现象、逻辑错误现象。

11刀具补偿：通过数控系统计算偏差量，并将控制对象由道具中心或刀架参考点变换到刀尖或刀刃边缘上，以满足加工需要的变换过程。

12刀具补偿包括：刀具长度补偿、刀具半径补偿。13，0-180为外拐角，180-360为内拐角。

转接过渡方式：插入型0-a-90;伸长型90-a-180；缩短型180-a-360 插补：就是根据零件轮廓尺寸，结合精度和工艺等方面的要求，在已知刀具中心轨线转接点之间插入若干个中间点的过程。

插补算法：1脉冲增量插补算法2数字采样插补算法 提高插补精度的措施：半加载法

数控机床用伺服驱动装置分为开环和闭环两大类。

步进电动机正常运行时，若输入脉冲频率逐渐增加，则电动机索能带动负载转矩将逐渐下降。速度控制中，实现延时的方法：纯软件延时，定时中断延时 自动升降速方法分为定时法和定步法。

闭环位置控制的概念：位置传感器，将机械位移转化为数字脉冲，并送至位置测量借口，由计数器进行计数。计算机以固定周期对反馈值采样，与插补程序所输出的结果进行比较。得到位置误差。经软件增益放大，输出给数模转换器，为伺服装置提供控制电压，驱动工作台向减少误差方向移动。

闭环数控系统中，进给驱动装置与数控装置之间的信号连接方式：模拟电压控制方式，指令脉冲控制方式，现场总线数字量控制方式。

一般参数有：倍频数与分辨率；正负向存储行程极限；间隙与螺距误差；快速移动速度与最大切削进给速度；机床参考点的坐标值；到位范围（取值范围为10微米左右）。

升降速参数（进给轴运动的速度变化可分为无升降速，直线升降速，指数升降速）：直线升降速时间；指数升降速时间；

返回参考点参数，单向定位参数报警保护参数设定。

在进给传动链中，存在反转间隙误差；解决方法：传动反转间隙补偿。

螺距误差补偿：原理是将数控机床某轴的指令位置与高精度位置测量系统所测得的实际位置相比较，计算出在全行程上的误差分布曲线，将误差以表格的形式输入数控系统中。

数控装置硬件结构：其硬件结构按CNC装置中各印制电路板的插接方式不同分为大板式结构，功能模块式结构；按CNC装置硬件的制造方式不同分为专用型结构和个人计算机式结构；按CNC装置中微处理器的个数不同，可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。

数控系统软件结构：前后台型软件结构，多重中断型软件结构，功能模块型软件结构。数控系统中软件所承担的任务：管理任务和控制任务。

现代数控对主轴驱动的要求：

1、较宽的调速范围

2、数控机床主轴的变速是依指令自动进行的，要求能在较宽的调速范围内能进行无极调速，并减少中间传递环节，简化主轴箱

3、要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率，并能尽可能的在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率，即恒功率范围要宽4.要求有四象限驱动能力，并且加减速时间短5.要求主轴具有高精度的准停控制6,，在车削中心上，要求主轴具有旋转进给轴的控制功能。

分段无极变度：数控机床采用的1~4挡齿轮变速与无极调速相结合的方式, 主轴准停功能又称主轴定位功能，即当主轴停止时，控制其停于固定位置，这是自动换刀所必须的功能。分为：机械准停和电气准停。

PLC介于数控装置和机床之间，实现M、S、T功能以及数控机床外围辅助电器的控制。特点：面向工业现场，具有更多功能更强的I/o接口和面向电气工程技术人员的编程语言。由：cpu、存储器、输入输出单元、编程器、电源和外部设备等组成。

在现代数控系统中，采用PLC实现控制是可分为：内装型和独立型。

内装型PLC指PLC内含在CNC装置内，从属于CNC装置，与CNC装置集于一体，PLC的硬件和软件都被作为CNC系统的基本功能统一设计，并且其性能指标也由CNC系统来确定。特点：内装型PLC与CNC系统的软硬件作为一整体设计的，结构紧凑，plc的功能针对性强技术指标合理、实用，适用于单台数控机床及加工中心。

独立型Plc，完全独立于CNC装置，具备完备的硬件和软件，能够独立完成CNC系统所要求的控制任务。独立型PLc与通用型完全相同，一般采用中形或大型plc PLc中信息交换：CNC传送给PLC信息（CNC内部状态信息PlC只读），功能代码MST,手动/自动方式及各种方式及各种适能信息；Plc传送给CNC信息（plc发向CNC的控制请求，PLC读/写）数控系统控制方式选择，坐标的使能；进给率，电动控制及MST应答信息；Plc发向机床的信号（机床的执行元件的控制信号）；机床发向Plc的信号（机床控制面板个按钮开关，各种检测监视信号）

4.CNC与PLC的信息交换：通过激活标志器在ＣＮＣ中产生信息；通过PLC标志器对ＣＮＣ中变量进行读写或修改；执行M/S/T功能过程中对Ｒ２０１－Ｒ２０３的内容进行更新

MST的实现：M功能的实现：I-段前辅助功能；A-段后辅助功能；O-段内有效；H-绩效辅助功能。S功能的实现：S2位代码形式；S4位代码形式（主轴转速）;T功能的实现：固定存取换刀控制和随机存取换刀控制。

第三篇：数控课程结课论文

数控技术大作业

专 业 班 级

班 级 序 号 24

学 生 姓 名

2015 — 2016 学年 第2学期

我国数控产业的现状及发展

摘 要

数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、智能化、复合化的基础。随着科学技术的发展，数控技术发展也越会越快，它所需考虑和处理的技术与非技术问题也就越来越多。数控技术发展应根据我国的实际情况，制定符合国情的总体发展战略，朝着高速高精度化、开放化、智能化、网络化、柔性制化、集成化方向发展。

关键词：自主创新；功能部件；高速；柔性

一、数控技术的特点

数控技术是指用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动化技术，是典型的机械、电子、自动控制、计算机和检测技术密切结合的机电一体化高新技术，是现代集成制造系统的重要组成部分。其主要特点为: 1)能高质量地完成一般机床难以完成的复杂零件和曲面形状的加工； 2)能方便地改变加工工艺参数(如切削用量)，因而利于换批加工和新产品的研制；

3)可实现一次装夹工件完成多道工序加工，从而确保高质量的加工精度，同时又减少了辅助时间；

4)采用模块化标准工具，既减少了换刀和安装时间，又提高了工具标准化程度和工具的管理水平； 5)便于实现计算机辅助制造。

二、我国数控机床的发展现状

1.取得的成就

1)中高档数控机床的开发取得了较大进展，在五轴联动、复合加工、数字化设计以及高速加工等一批关键技术上取得了突破，自主开发了包括大型、五轴联动数控加工机床，精密及超精密数控机床以及一大批专门化高性能机床，并形成了一批中档数控机床产业化基地。

2)关键功能部件的技术水平、制造质量逐年稳步提高，功能逐步完善，部分性能指标接近国际先进水平，形成了一批具有自主知识产权的功能部件。开发出了高速主轴单元、高速滚珠丝杠、重载直线导轨、高速导轨防护装置、直线电机、数控转台、刀库与机械手、A/C轴数控铣头、高速工具系统、数字化量仪等高性能功能部件样机，其中有的品种已实现小批量生产。

3)中高档数控系统开发研究与应用取得一定成果。通过自主研发或与国外开展技术合作，在中档数控系统的开发和生产上取得明显进展。初步解决了多坐标联动、远程数据传输等技术难题；为适应数控系统的配套要求，相继开发出交流伺服驱动系统和主轴交流伺服控制系统，并形成了系列化产品。

1.存在的不足

1)高档数控机床的国内供应能力不足：

尽管我国机床行业近年来取得了长足的发展，数控化率稳步提高，但机床消费和生产的结构性矛盾仍然比较突出。目前，国内对中高档机床的需求量逐渐超过低档机床。但国产数控机床以低档为主，高档数控机床绝大部分依赖进口。2)自主创新能力不足：

长期以来，我国机床制造业的基础、共性技术研究工作主要在行业性的研究院所进行。能力薄弱，技术创新投入不足，引进消化吸收能力差，低水平生产能力过剩，自主创新能力不高，缺乏优秀技术人才。虽然国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等

获得了一些先进数控技术，但缺乏对基础共性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，企业的市场响应速度慢。3)产品质量、可靠性及服务等能力不强: 国产机床在质量、交货期和服务等方面与国外著名品牌相比存在较大的差距。在质量方面，国产数控系统的可靠性指标MTBF与国际先进数控系统相差较大。国产数控车床、加工中心的MTBF与国际上先进水平也有较大差距。在交货期方面，绝大多数企业由于任务重拖期交货。服务体系不健全，在市场开拓、成套技术服务、快速反应能力等方面不能满足市场快节奏和个性化的要求。4)功能部件发展滞后: 整体上，我国机床功能部件发展缓慢、品种少、产业化程度低，精度指标和性能指标的综合情况还不过硬。目前，滚珠丝杠、数控刀架、电主轴等功能部件仅能满足中低档数控机床的配套需要。衡量数控机床水平的高档数控系统、高速精密电主轴、高速滚动功能部件等还依赖进口。

三、我国数控机床的发展策略

以轿车制造业为代表的汽车及其零部件制造业、以航空航天为代表的高新技术产业的加速发展，为机床制造业带来了巨大商机。同时，要满足我国重大基础制造和国防工业领域对高档数控机床的巨大需求，摆脱对国外高档数控机床的依赖及垄断，必须突破高档数控机床及相应高性能功能部件的关键技术。我国数控机床的发展需要以市场需求为导向，主机为牵引，统筹考虑数控系统与功能部件、关键部件与主机，推行数字制造；以功能部件为基础，以共性技术为支撑，加速振兴我国机床制造业。

具体在以下方面：

1)提高数控机床产品的自主开发、制造能力

对于我国这样一个制造业大国，必须快速提高数控机床产品的自主开发、制造能力。共性和关键技术攻关必须与数控机床和功能部件的基

地建设有机结合，要以高档数控机床发展为主攻目标，提高整机可靠性和产业化水平，提高国产数控系统和关键功能部件的配套能力，特别是要提高在国产中高档数控机床中的配套能力；加强数控机床基础开发理论的研究、基础工艺技术研究及应用软件开发，搞好行业标准和专利工作，为数控机床产业发展夯实基础。2)以功能部件为基础，以关键共性技术为支撑

数控系统、功能部件、关键部件是发展高档数控机床的基础，当前我国在这方面发展十分薄弱，已成为制约数控机床发展的瓶颈，必须加快发展，提高专业化、批量化生产技术水平和能力。产品的发展和自主创新能力的提高必须依赖于核心技术的掌握，依赖于共性技术的支撑。基础技术研究是机床整体水平提高的前提和保障，是机床设计的关键和基础，对于我国机床行业迈上新台阶，解决机床开发中低水平重复和附加值低等瓶颈问题具有重要意义。3)加快技术引进与国际合作

为了较快得到最新技术，企业可直接与国外科研院所和国外一流企业合资、合作，以市场换技术，以有限的资金换取无限的发展，实现主流产品生产的高起点、成批量、专业化。在引进与合作过程中，需要加强引进技术的消化吸收与再创新。某些领域，与国外差距较大，国外先进技术有引进的可能，则通过引进技术，加强消化吸收，实现再创新，满足用户的需求。在技术基础较好的领域，集成现已形成一定优势的技术，与用户结合，产学研结合，开发满足用户需要的产品，形成技术创新能力，力求在原始创新上取得突破。

四、数控技术的发展趋势

1.高速、高精加工技术趋势

效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。

为此，国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机等均得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。

机械零件的高速加工包括零件送进、定位夹紧、刀具快进、刀具工进、刀具快退、工具卸下、质量检测等七个基本生产环节；其切削速度较普通切削快5～10倍。高速加工技术主要以较简捷的工艺流程、较短较快的生产周期进行加工生产。

2.开放化发展趋势

由于传统的数控系统是专用封闭性数控系统，存在兼容性差、技术升级困难等弊端；越来越不适应现代生产系统日益开放的特点，目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC计划、日本的OSEC计划等。数控系统开放化，已经成为数控系统的发展趋势。

所谓开放式数控系统，就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或裁剪结构对象(数控功能)，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发等，是当前研究的核心。

3.智能化、网络化的趋势

科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用，正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中，配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中，引入提前预测和预

算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。

4.数控技术柔性制化趋势

采用FMS（柔性制造系统）的主要技术经济效果是：能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，从而减少毛坯的库存量，缩短生产周期；提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；减少劳动力，在少人看管条件下可实现24h的连续“无人化生产”；提高产品质量的一致性。

结束语

我国数控机床的发展需要以市场需求为导向，主机牵引，统筹考虑数控系统与功能部件、关键部件与主机，推行数字制造；以功能部件为基础，以共性技术为支撑，加速振兴我国机床制造业。

致谢

这一学期的生活快要结束了，感谢老师这一学期的陪伴与教导，在数控的启蒙路途中给予的很大的帮助。

参考文献

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[4]李明贵.反映现代工业发展趋势的先进制造技术[J].机电工程技术,2005,(2):13-15．

[5]粱志锋，解翔，唐小琦．基于工业以太网的网络数控系统设计及实现[J]．现代制造工程，2006,(1)：38-40

第四篇：数控原理题目

数控原理题目

班级：04501 姓名：彭林 学号：47

一、简答题：

1.数控机床的系统组成及其功能？

答：

一、数控加工的过程

利用数控机床完成零件数控加工的过程如图 l-1 所示．主要内容包括如下

① 根据零件加工图样进行工艺分析，确定加 l 方案、工艺参数和位移数据，② 用规定的程序代码和格式编写零件加上程序单：或用自动编程软件，进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。

③ 程序的输人或传输。由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作，面板输入；由编程软件生成的程序，通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单儿（MCU）。

④ 将输人／传输到数控单元的加 1 程序，进行试运行、刀具路径模拟等．

⑤ 通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工。

二、数控机床的组成及其功能

数控机床一般由数控系统、包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成 ⑴ 控制介质

控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中全部信息。⑵ 数控系统

数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。主要由输人装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各类输人／输出接口等组成。主控制系统主要由 CPU、存储器、控制器等组成。数控系统的主要控制对象是位置、角度、速度等机械量，以及温度、压力、流量等物理量．其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类。其中主控制器内的擂补模块就是根据所读入的零件程序，通过译码、编译等处理后，进行相应的刀具轨迹插补运算，并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号的比较，从而控制机床各坐标轴的位移。而时序逻辑控制通常由可编程控制器 PI 尤来完成，它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调，按各检测信号进行逻辑判别，从而控制机床各个部件有条不紊地按顺序工作。

⑶ 伺服系统

伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节．主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成．伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电动机的动力源．数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置带动工作台或刀架运动。

⑷ 强电控制柜

强电控制柜主要用来安装机床强电控制的各种电气元器件，除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源，以及各种短路、过载、欠压等电气保护外，主要在 PLC 的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元件之间起桥梁连接作用，控制机床辅助装置的各种交流电动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等。此外．它也与机床操作台有关手动按钮连接。强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元器件等构成．它与一般普通机床的电气类似，但为了提高对弱电控制系统的抗干扰性，要求各类频繁启动或切换的电动机、接触器等电磁感应器件中均必须并接 RC 阻容吸收器；对各种检测信号的输人均要求用屏蔽电缆连接。2.数控机床的加工对象？

答：

一、采用数控机床加工的优势及特点

⑴ 可以加工具有复杂型面的工件

数控机床的刀具运动轨迹是由加工程序决定的，因此只要能编制出程序，无论工件的型面多么复杂都能加工。例如采用 5 轴联动的数控机床，就能加工螺旋桨的复杂空间曲面。

⑵ 加工精度高，尺寸一致性好

数控机床本身的精度都比较高，一般数控机床的定位精度为士。． 01mm，重复定位精度为士。． o05mm，在加工过程中操作人员不参与操作，因此工件的加工精度全部由机床保证，消除了操作者的人为误差。因而加工出来的工件精度高、尺寸一致性好、质量稳定。

⑶ 生产效率高

数控机床的主轴转速、进给速度和快速定位速度高，通过合理选择切削参数，充分发挥刀具的切削性能，减少切削时间，不仅能保证高精度，而且加工过程稳定；不需要在加工过程中进行中间测量，就能连续完成整个加工过程，减少了辅助动作时间和停机时间。因此，数控机床的生产效率高。

⑷ 可以减轻工人劳动强度．实现一人多机操作

一般数控机床加工出第一个合格工件后，工人只需要进行工件的装卡和启动机床，因此减轻了工人的劳动强度。现在的数控机床可靠胜高，保护功能齐全，并且数控系统有自诊断和自停机功能，因此当一个工件的加工时间超出工件的装卡时间时，就能实现一人多机操作。

⑸ 虽然数控机床一次投资及日常维护保养费用较普通机床高很多，但是如能充分发挥数控机床的优越性能，将会带来很高的经济效益。这些效益不仅表现为生产效率高、加工质量好、废品少，使用数控机床还能带来减少工装和量刃具、缩短生产周期、缩短新产品试制周期等优势，从而为企业带来明显的经济效益。

⑹ 可以精确计算成本和安排生产进度在数控机床上，加工所需要的时间是可以预计的，并且相同工件所用时，间基本一致，因而工时和工时费用可以精确估计。这有利于精确编制生产进度表，有利于均衡生产和取得更高的预计产量。

⑺ 数控加工是 CAD / CAM 技术和先进制造技术的基础

二、数控机床的适用范围

根据数控机床加工的特点可以看出，最适合于数控加工的零件包括

① 多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件；

② 几何形状复杂的零件；

③ 加工过程中必须进行多工序加工的零件；

④ 用普通机床加工时，需要昂贵工装设备（工具、夹具和模具）的零件；

⑤ 必须严格控制公差，对精度要求高的零件；

⑥ 工艺设计需多次改型的零件；

⑦ 价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件；

⑧ 需要最短生产周期的零件；

由此可见，数控机床和普通机床都有各自的应用范围，如图1-12 所示图中横轴是工件的复杂程度，纵轴是每批的生产件数。由图可以看出，数控机床的使用范围很广。

5.数控机床技术常用术语？

答：1）计算机数值控制（Computerized Numerical Control, CNC）用计算机控制加工功能，实现数值控制。

2）轴（Axis）机床的部件可以沿着其作直线移动或回转运动的基准方向。3）机床坐标系（Machine Coordinate Systern）固定于机床上，以机床零点为基准的笛卡尔坐标系。

4）机床坐标原点（Machine Coordinate Origin）机床坐标系的原点。

5）工件坐标系（Workpiece Coordinate System）固定于工件上的笛卡尔坐标系。6）工件坐标原点（Wrok-piexe Coordinate Origin）工件坐标系原点。7）机床零点（Machine zero）由机床制造商规定的机床原点。

8）参考位置（Reference Position）机床启动用的沿着坐标轴上的一个固定点，它可以用机床坐标原点为参考基准。

9）绝对尺寸（Absolute Dimension)／绝对坐标值（Absolute Coordinates）距一坐标系原点的直线距离或角度。

10）增量尺寸（Incremental Dimension)／增量坐标值（Incremental Coordinates）在一序列点的增量中，各点距前一点的距离或角度值。

11）最小输人增量（Least Input Increment）在加工程序中可以输人的最小增量单位 12）命令增量（Least command Increment）从数值控制装置发出的命令坐标轴移动的最小增量单位。

13）插补（InterPolation）在所需的路径或轮廓线上的两个已知点间根据某一数学函数（例如：直线，圆弧或高阶函数）确定其多个中间点的位置坐标值的运算过程。14）直线插补（Llne Interpolation）这是一种插补方式，在此方式中，两点间的插补沿着直线的点群来逼近，沿此直线控制刀具的运动。

15）圆弧插补（Circula : Interpolation）这是一种插补方式，在此方式中，根据两端点间的插补数字信息，计算出逼近实际圆弧的点群，控制刀具沿这些点运动，加工出圆弧曲线。

16）顺时针圆弧（Clockwise Arc）刀具参考点围绕轨迹中心，按负角度方向旋转所形成的轨迹．方向旋转所形成的轨迹．

17）逆时针圆弧（Counterclockwise Arc）刀具参考点围绕轨迹中心，按正角度方向旋转所形成的轨迹。18）手工零件编程（Manual Part Prograrnmiog）手工进行零件加工程序的编制。

19）计算机零件编程（Cornputer Part prograrnrnlng）用计算机和适当的通用处理程序以及后置处理程序准备零件程序得到加工程序。

20）绝对编程（Absolute Prograrnming）用表示绝对尺寸的控制字进行编程。21）增量编程（Increment programming）用表示增量尺寸的控制字进行编程。22）宇符（Character）用于表示一组织或控制数据的一组元素符号。

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

24）地址（Address）一个控制字开始的字符或一组字符，用以辨认其后的数据。25）程序段格式（Block Format）字、字符和数据在一个程序段中的安排。6.当代数控技术的发展特点？ 答：1．广泛地应用微机资源

近年来被称为个人计算机（PC）的微型计算机发展很快，大规模集成电路制造技术的高速发速，使得PC的硬件结构做得很小。主CPU的运行速度越来越高。IPC386的主频是33MHz，IPC486、586的主频可达50～120MHz，新近Intel奔腾处理器（Pentium），主频已达450MHz。存储器容量也很大，体积很小，由于是大批量生产，使成本下降，可靠性提高。

在软件方面，操作系统的发展，特别是Windows的应用，使得PC的操作更为简便直观。CAD/CAM的软件大量地由小型机、工作站向PC移植，三维图显示及工艺数据库在PC上建立。再加上PC的开放性，吸引大量技术人员投入了软件的开发，使得PC的软件资源极为丰富。2．小型化以满足机电一体化的要求

随着微电子技术的发展，大规模集成电路的集成度越来越高，体积越来越小。数控设备厂采用超大规模集成电路并采用表面安装工艺（SMT），实现了三维立体装配，将整个CNC装置做得很小，以适应机械制造业机电一体化的要求。

日本三菱电机株式会社，最近推出的普及型CNC MELDAS 50系列及实用型CNC MELDAS 520A系列，这两个系列都采用了32位RISC微处理器，实现超小型化的CNC装置，较原来的M310及L3、L3A，体积大为减小（H168mm×W76mm×D135mm），安装面积减小了一半，功能还有所提高。采用了超薄型显示器（9.5in的EL及10.4in的彩色LCD）。这个系统的微小线段加工能力提升至64m/min，最大快速进给速度为240m/min，其同步攻螺纹精度较M310提高了3倍，主轴定位时间缩短了30%。

德国SIEMENS公司最新推出的SINUMERIK 840D主控组件选用386DX或486DX，具有1～4个通道，可实现直线及圆弧插补、螺旋线插补、5轴螺旋线插补及样条插补、圆柱插补等，共可控制32个轴，并有多种校正及补偿功能，体积仅为50mm×316mm×207mm。3．改善人机接口，方便用户使用

为了使操作者能很容易地掌握数控机床的操作，数控设备生产厂努力地改善人机接口，简化编程，尽量采用对话方式，使用户使用方便，如西班牙FAGOR公司生产的FAGOR 8050系列，采用交互式编辑程序指导系统，简化程序的编辑，用简要的表格编辑程序，利用蓝图建立程序。其8050TC型数控系统，被称为高档傻瓜式数控系统（FAGOR800系列CNC系统），其操作面板使用了符号键，用户可以根据所需加工零件，选择加工程序，输入图形数据后，即可实现半自动或全自动加工。如果面板上的各种自动操作都没有被选上，则该CNC系统只显示坐标轴的位置值和主轴转速，操作者可以用摇柄或电子手轮对机床的各个轴进行手动操作，使用极为方便

7.数控机床的组成及其功能？

答：数控机床一般由数控系统、包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成⑴ 控制介质

控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中全部信息。

⑵ 数控系统

数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。主要由输人装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各类输人／输出接口等组成。主控制系统主要由 CPU、存储器、控制器等组成。数控系统的主要控制对象是位置、角度、速度等机械量，以及温度、压力、流量等物理量．其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类。其中主控制器内的擂补模块就是根据所读入的零件程序，通过译码、编译等处理后，进行相应的刀具轨迹插补运算，并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号的比较，从而控制机床各坐标轴的位移。而时序逻辑控制通常由可编程控制器 PI 尤来完成，它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调，按各检测信号进行逻辑判别，从而控制机床各个部件有条不紊地按顺序工作。

⑶ 伺服系统

伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节．主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成．伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电动机的动力源．数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置带动工作台或刀架运动。

⑷ 强电控制柜

强电控制柜主要用来安装机床强电控制的各种电气元器件，除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源，以及各种短路、过载、欠压等电气保护外，主要在 PLC 的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元件之间起桥梁连接作用，控制机床辅助装置的各种交流电动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等。此外．它也与机床操作台有关手动按钮连接。强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元器件等构成．它与一般普通机床的电气类似，但为了提高对弱电控制系统的抗干扰性，要求各类频繁启动或切换的电动机、接触器等电磁感应器件中均必须并接 RC 阻容吸收器；对各种检测信号的输人均要求用屏蔽电缆连接。

⑸ 辅助装置

辅助装置主要包括自动换刀装置 ATC(Automatlc Tool Changer）、自动交换工作台机构 APc(Automatic Pallet changer）、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置等。

二、论述：

1.世界数控技术和机床装备发展趋势浅谈。答： 数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，如数控机床等。其技术涉及多个领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。

一.数控技术及装备的发展趋势

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势，如：桥式三、五坐标高速数控龙门铣床、龙门移动式五座标AC摆角数控龙门铣床、龙门移动式三座标数控龙门铣床等。

1.高速化发展新趋势

目前高速加工中心进给速度最高可达80m/min，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3小时，在普通铣床加工需8小时。

由于机构各组件分工的专业化，在专业主轴厂的开发下，主轴高速化日益普及。过去只用于汽车工业高速化的机种（每分钟１．５万转以上的机种），现在已成为必备的机械产品要件。

2、精密化加工发展新趋势： 由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题。以电脑辅助生产（ＣＡＭ）系统的发展带动数控控制器的功能越来越多。

在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。

3、高效能发展新趋势

对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提高。同时，由于产品竞激烈，产品生命周期快速缩短，模具的快速加工已成为缩短产品开发时间必须具备的条件。对制造速度的要求致使加工模具的机床朝着高效能专业化机种发展。4.开放化发展新趋势

数控机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业，不但可缩短产品的开发时间，还可以提高产品的加工精度和产品质量。如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和技术规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。

5.复合化发展新趋势

产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，机床五轴加工、六轴加工已日益普，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。

二.世界数控机床产业市场及消费需求 1.市场需求发展和格局变化 世界装备制造业市场正在向全面信息化的方向迈进，技术发展主要表现为柔性制造系统、计算机集成制造系统的开发与应用，并向制造智能化方向发展。技术发展特征表现为技术的融合化；产品的发展特征表现为高附加值化、智能化和系统化；系统管理的发展特征表现为集成化（包括系统集成、软件集成、技术集成和接口集成）和网络化。

市场格局表现为集群化发展趋势，即同种产业或相关产业的企业有机地集聚在一起，通过断创新而赢得竞争优势。在产业集群化中，具有特色的中小企业发挥着重要作用，地理集中的企业、有关机构（大学、商会等）在特定领域内既竞争又合作。以装备制造业为例：英国共有154个集群，分布在18个地区，覆盖了很宽的部门和技术范围。英国北部的集群倾向于汽车、金属加工等制造业。美国的明尼阿波利斯的医学设备业群，德国的索林根的刀具业群、斯图加特的机床业群、韦热拉的光学仪器群等，都是世界上较为典型的产业集群。

我国机床行业正处于高速发展时期，行业总产值和销售收入连续6年保持20%以上的增长，数控机床消费连续5年位居世界第一。强劲的市场需求带来了发展机遇，“十一五”期间将是数控机床大发展的时期，国家高度重视和支持发展国产数控机床，制定了数控机床发展规划，出台了相应的扶持政策，到2010年国产数控机床占国内市场比重达50%。

近年来，国内机床企业发展迅速。大连机床行业实现整合，成立了大连机床集团并且兼并了英格索尔生产系统公司、西门卖（控股70%）等国外企业，销售额位居世界机床行业第八。沈阳机床行业通过改制整合，2006年销售收入快速增长，市场占有率明显提高。北京第一机床厂并购了德国科宝公司，技术水平大幅提升。

总之国内数控机床制造商正在拼搏奋起，坚持自主创新精神，实行市场化运行机制，潜心研究、持续改进，我们深信，中国企业完全有能力制造出满足市场需求的高质量标准的数控机床及柔性制造系统。

第五篇：计算机组成原理课程论文

《计算机组成原理》课程论文

【内容摘要】： 本论文主要在课程的学习上作一些讨论。该课程主要介绍计算机硬件的结构与基本原理和计算机系统的实现方法。课程主要研究CPU、主存储器、I/0接口和输入/输出以及总线的结构和功能。使学生建立计算机系统的概念，深入了解计算机的工作原理，掌握计算机组织与实现的技术和方法，以及计算机系统分析和系统设计的方法，从而为计算机专业其他专业课的学习打下坚实的基础。

【关键词】： 课程概述、计算机系统、CPU、控制单元

【课程综述】： 计算机组成原理是计算机应用和计算机软件专业以及其他相关专业必修的专业基础课，它主要讨论计算机各组成部件的基本概念、基本结构、工作原理及设计方法。组成原理是计算机类专业的一门主干必修课程，主要内容有：（1）对计算机的发展、应用和特性作的概述，并简单介绍了计算机系统的硬件、软件及计算机系统的层次结构；（2）系统总线，介绍了三种总线结构及接口的概念，总线控制的三种方式和通信的两种方式；（3）存储系统，主要介绍半导体存储器工作原理、寻址方式、与CPU的互连的方法，以及存储系统的多级结构；（4）输入输出系统，介绍了计算机系统中主机与外部设备之间的信息交换方式，重点介绍中断处理方式以及DMA方式；（5）运算方法和运算器，介绍数值数据和非数值数据的表示方法，定点数和浮点数的四则运算、逻辑运算及运算器的组成和工作原理；（6）指令系统，介绍指令系统的发展与性能要求、指令格式的分析以及指令和数据的寻址方式；（7）CPU的结构和功能，CPU控制机器完成一条指令的全过程，中断技术在提高整机系统效能方面的作用（8）组合逻辑控制器、微程序控制器的设计原理和设计方法、指令周期的概念及时序产生器的原理及其控制方式。

【正文】：

（一）计算机概述

计算机系统由硬件和软件两大部分组成，它们共同决定了计算机性能的好坏。计算机系统的层次结构经过了多次的发展由最初的一级层次结构发展到了如今的多层次结构。

典型的计算机组成由冯·诺依曼计算机演变而来，该计算机由五大部分组成：输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器，并以运算器为中心结构。现代计算机可认为有三大部分组成：CPU、I/O设备、主存储器，并以存储器为系统中心。

计算机硬件的主要技术指标有机器字长（指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关）、存储容量（包括贮存容量和辅存容量）、运算速度。

（二）计算机系统 1）、系统总线

总线是连接多个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。当多个部件与总线相连时，如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送信息，必将导致信号冲突，传输失效。因此，在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。

总线按传送方式可分为并行传输总线和串行传输总线；按使用范围可分为计算机总线、测控总线、网络通信总线等；按连接部件可分为片内总线、系统总线和控制总线，本书重点介绍。总线的性能指标：总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式等。总线的结构通常分为单总线结构和多总线结构。总线的控制主要包括判优控制和通信控制，总线判优控制分为集中式判优（链式查询、计数器定时查询和独立查询）和分布式判优（自举分布式和冲突检测分布式）。总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及双方如何协调配合，通常用四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信。

2）存储器

存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。按存储介质分类可分为半导体存储器、磁表面存储器、磁芯存储器和光盘存储器，按存取方式分为随机存储器、只读存储器、串行访问存储器，按在计算机中分类分为主存储器、辅助存储器、缓冲存储器。存储器有三个性能指标：速度、容量和每位价格。存储器的扩展通常有位扩展和字扩展，位扩展即增加存储字长,如将8片16K*1位的存储芯片连接，可组成一个16K*8位的存储器。字扩展是指增加存储字的数量，如2片1K*8位的存储芯片可组成一个2K*8位的存储器。在与存储器外部设备交换信息时，可采用高速原件、使用层次结构、调整主存的结构来提高访存速度。

3）I/O系统

I/O系统是操作系统的一个重要的组成部分，负责管理系统中所有的外部设备。计算机外部设备。在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置称为计算机外部设备（外围设备、I/O设备）。I/O设备：用来向计算机输入和输出信息的设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。I/O设备与主机交换信息有三种控制方式：程序查询方式，程序中断方式，DMA方式。程序查询方式是由CPU通过程序不断的查询I/O设备是否做好准备，从而控制其与主机交换信息。程序中断方式不查询设备是否准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求后才给予响应，这大大提高了CPU的工作效率。在DMA方式中，主存与I/O设备之间有一条数据通路，主存与其交换信息时，无需调用中断服务程序。

4）运算器 计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。运算器由：算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、求补等操作。加减法主要采用补码定点加减法进行运算，乘法可视为加法和移位，主要方法有原码一位乘、原码两位乘、补码一位乘、补码两位乘等，乘积的符号位由两个数的符号位异或运算结果决定。除法运算可视为减法和移位，主要方法有恢复余数法、加减交替法，其中原码除法的符号位单独处理，补码除法的符号位参与运算并最终获得结果。浮点加减法可分为○1对阶，使两数的小数点位置对其2尾数求和，将对阶后的两尾数按定点加减运算规则求和或差○3规格化○4舍○入，要考虑尾数右移时失去的数值位○5溢出判断。浮点乘除运算，乘积的阶码应为相乘两数的阶码之和，乘积的尾数应为相乘两数的尾数之积，商的阶码为被除数的阶码减去减数的阶码，尾数为被除数的尾数除以除数的尾数所得的商。5）指令系统一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码，指令的基本格式如：操作码字段+地址码字段，其中操作码指明了指令的操作性质及功能，地址码则给出了操作数或操作数的地址。指令包括操作码域和地址域两部分。根据地址域所涉及的地址数量，常见的指令格式有以下几种。○1三地址指令：一般地址域中A1、A2分别确定第一、第二操作数地址,A3确定结果地址。下一条指令的地址通常由程序计数器按顺序给出。2二地址指令：地址域中A1确定

○第一操作数地址，A2同时确定第二操作数地址和结果地址。○3单地址指令：地址域中A确定第一操作数地址。固定使用某个寄存器存放第二操作数和操作结果。因而在指令中隐含了它们的地址。○4零地址指令：在堆栈型计算机中，操作数一般存放在下推堆栈顶的两个单元中,结果又放入栈顶,地址均被隐含，因而大多数指令只有操作码而没有地址域。根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。完善的寻址方式可为用户组织和使用数据提供方便。○1直接寻址：指令地址域中表示的是操作数地址。○2间接寻址：指令地址域中表示的是操作数地址的地址即指令地址码对应的存储单元所给出的是地址A，操作数据存放在地址A指示的主存单元内。有的计算机的指令可以多次间接寻址,如A指示的主存单元内存放的是另一地址B，而操作数据存放在B指示的主存单元内，称为多重间接寻址。○3立即寻址：指令地址域中表示的是操作数本身。○4变址寻址：指令地址域中表示的是变址寄存器号i和位移值D。将指定的变址寄存器内容E与位移值D相加,其和E+D为操作数地址。许多计算机具有双变址功能，即将两个变址寄存器内容与位移值相加，得操作数地址。变址寻址有利于数组操作和程序共用。同时，位移值长度可短于地址长度，因而指令长度可以缩短。○5相对寻址：指令地址域中表示的是位移值D。程序计数器内容（即本条指令的地址）K与位移值D相加，得操作数地址K+D。当程序在主存储器浮动时，相对寻址能保持原有程序功能。此外，还有自增寻址、自减寻址、组合寻址等寻址方式。寻址方式可由操作码确定，也可在地址域中设标志，指明寻址方式。

6）CPU的结构和功能

CPU具有控制程序的顺序执行（指令控制）、产生完成每条指令所需的控制命令（操作控制）、对各种操作加以时间上的控制（时间控制）、对数据进行算术运算和逻辑运算（数据加工）以及处理中断等功能。一条指令的执行过程按时间顺序可分为以下几个步骤：○1CPU发出指令地址。将指令指针寄存器（IP）的内容——指令地址，经地址总线送入存储器的地址寄存器中。○2从地址寄存器中读取指令。将读出的指令暂存于存储器的数据寄存器中。○3将指令送往指令寄存器。将指令从数据寄存器中取出，经数据总线送入控制器的指令寄存器中。4指令译码。指令寄存器中的操作码部分送指令译码器，经译码器分析产生相○应的操作控制信号，送往各个执行部件。○5按指令操作码执行。○6修改程序计数器的值，形成下一条要取指令的地址。若执行的是非转移指令，即顺序执行，则指令指针寄存器的内容加1，形成下一条要取指令的地址。指令指针寄存器也称为程序计数器。中断的作用：一方面，有了中断功能，PC系统就可以使CPU和外设同时工作，使系统可以及时地响应外部事件。而且有了中断功能，CPU可允许多个外设同时工作。这样就大大提高了CPU的利用率，也提高了数据输入、输出的速度；另一方面，有了中断功能，就可以使CPU及时处理各种软硬件故障。计算机在运行过程中，往往会出现事先预料不到的情况或出现一些故障，如电源掉电、存储出错，运算溢出等等。计算机可以利用中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。

7）控制单元

控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过控制总线送至相应部件实现功能。常见的控制方式有同步控制、异步控制、联合控制和人工控制。控制单元的设计有两种方法：组合逻辑设计和微程序设计。组合逻辑设计首先要确定控制方式，然后决定微操作的节拍安排，再根据微操作列出微操作命令的操作时间表、求出最简逻辑表达式并画出微操作的逻辑图。这种方法思路清晰，但每一个微操作都对应一个逻辑电路，最终的控制单元会十分庞杂。微程序设计是指将一条机器指令编写成一个微程序，每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一个或几个微操作命令，然后把这些微程序存到一个控制存储器中，用寻找用户程序机器指令的方法来寻找每一个为程序中的微指令。这些微指令以二进制代码形式表示，每位代表一个控制信号，因此逐条执行每一条微指令，也就相应的完成了一条机器指令的全部操作。微指令的编码方式有直接编码、字段直接编码、字段间接编码、混合编码等，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令。

【心得体会】 在做完这次课程论文后，让我再次加深了对计算机的组成原理的理解，对计算机的构建也有更深层次的体会。计算机的每一次发展，都凝聚着人类的智慧和辛勤劳动，每一次创新都给人类带来了巨大的进步。计算机从早期的简单功能，到现在的复杂操作，都是一点一滴发展起来的。这种层次化的让我体会到了，凡事要从小做起，无数的‘小’便成就了‘大’。在学习过程中也是碰到了很多问题，主要就和老师说的一样，课后没有看书，导致一些知识点没有掌握完全，概念问题有很多细节不懂。这些都要尽量弥补，才能让这门课的学习达到目的。

【结语】 计算机的发展日新月异。自从踏入21世纪以来可谓发展神速，可以预见将来必将出现新的电脑体系、功能与知识，我们不能局限于现今所学的的知识，要跟上时代的步伐，时时刻刻关注计算机方面的发展，这样才能为以后的工作学习打下坚实的基础。

【参考文献】

【1】唐俊飞.计算机组成原理.北京：刚等教育出版社，2000.【2】白中英,等.计算机组成原理.3版.北京：科学出版社，2002.