第一单元。
电脑技术。引言。
cad/cam的核心部分是数字计算机。它固有的速度以及存储能力使得它能够在图像处理、实时过程控制以及很多因太复杂太费时而人工无法完成的其他重要功能方面获得进步。要想懂得cad/cam，熟悉数字电脑的概念和技术是很重要的。
现代数字电脑是一部能够根据预定的程序来完成数学和逻辑运算以及数据处理功能的电子机器。电脑本身称为硬件，同时各种各样的程序称为软件。
一般用途的数字电脑由三种基本硬件组成：
微处理器、 存储器 、 输入/输出设备。
这三个组成部分的关系如图1。1所示。微处理器通常被认为包含两部分：
一个控制器和一个运算器。控制器控制所有其他组成部分的操作。它通过输入/输出端口控制电脑与外围设备之间信息的输入与输出、控制电脑各部分间信号的传输，同时也控制其他部分完成各自的功能。
运算器完成数据的算术和逻辑运算。它根据编制的程序完成数的加、减、乘、除和比较。存储器完成电脑的记忆功能。
数据被转译成便于向运算器和输入/输出设备传输以进行处理的字节形式存储在该部分中。最后，输入/输出设备提供电脑和外部世界的交流途径。这种交流通过像阅读机、打印机和出口处理设备等外围设备完成。
电脑也可以通过输入/输出设备与外围存储设备（比如磁带、磁盘）连接。
软件由存储在存储器和外围存储设备中的程序组成。软件将使用者所要求系统完成的各项功能分配给计算机。电脑的有用性在于它快速准确地执行程序的能力。
因为电脑存储的内容能够很容易被改变，并且不同的程序都能够被存入，所以数字电脑能够用于多种应用。
不考虑这些应用，电脑能自动执行程序并以最基本的形式完成数字和数据的运算。数据和数字在电脑中以两种形式的电信号中的一种表示。这种表示形式叫做二进制计数法。
更多与之类似的十进制计数法以及很多软件语言利用二进制计数法在电脑和人之间进行交流。
微处理器。微处理器控制所有系统组成的操作并进行数据的算术和逻辑运算。为了完成这些功能，微处理器包含两个结构单元：
控制器 、 运算器。
控制器控制由程序指定的各种操作。这些操作包括接收输入电脑的数据和决定数据的处理形式以及处理时间。控制器控制运算器的操作。
它将数据发送给运算器并告知运算器数据所要求的处理操作和结果的存储位置。控制器完成这些操作的能力是由一组存储在存储器中被称作执行程序的指令程序提供的。
运算器完成像加、减和比较的功能。这些功能以二进制形式对数据进行处理。当指出某些条件时逻辑器能够改变程序执行的顺序，也能够完成其他功能，例如为运算操作编辑和屏蔽数据。
控制器和运算器都是通过寄存器来完成它们的功能。计算机的存储器是能够接收、保存和传送数据的小存储设备。每个存储器都由能够保存二进制数的二进制单元组成。
存储器的位数代表了电脑能够处理的字长。每个字所占位数最少至4个（早期微型计算机）最多至64个（大型科学计算机）。
计算机编程语言。
二进制数能够用来表示十进制数、字母，或者其它一般符号。数据和程序都以二进制码的形式输入计算机。在执行某一程序时，计算机通过翻译构成指令的字来执行像加、减、保存等等电子操作。
这些二进制编码的顺序限定了计算机执行程序的运算组和数据运算。
这些计算机所能识别的二进制编码叫做机器语言。不幸的是，对编程人员来说由二进制编码所形成的指令和数据是很难读写的。同时，不同的机器使用不同的机器语言。
为了便于计算机编程，对人来说相对容易学习的高级语言出现了。计算机程序语言总共有三种：机器语言、汇编语言、高级语言。
第二单元。数控加工设备。
数控是一种由数字、字母和其他字符控制加工设备的程序自动化。这些数字、字母和字符以适当的形式进行编码来为特定的工件定义加工程序。工件改变时，加工程序也随之改变。
改变加工程序的能力使得数控适于中小批量的加工生产。与对加工设备进行大的改动相比编写新的加工程序更为简单。
nc的基本组成部分。
数控系统基本上有以下三部分组成：
程序、运算控制单元（mcu）、加工设备。
这三个组成部分的一般关系如图2.1所示。程序被输入到控制单元从而来控制加工设备。
程序是详细的控制加工设备的步进式指令。在最长见得程序形式中，指令指机床主轴相对于安装工件的工作台的位置。更高级的程序包括主轴转速、切削刀具的选择以及其他功能。
程序根据mcu的要求被编码在适当介质上。在过去的几十年里用的最常见介质是一英寸宽的穿孔纸带。由于这种穿孔纸带的广泛使用，有时nc也被称为带控。
然而对于现代所使用的数控这样叫是名称的误用。最近使用的是盒式磁带和软盘。
mcu有电子器件和控制硬件组成，控制硬件读取和翻译程序指令并将其转化成机床或者其他加工设备的机械动作。
加工设备是nc系统的第三个基本组成部分。正是该部分完成了有用的工作。在最常见得进行机加工的数控样例中，加工设备包括工作台和主轴以及驱动它们的电机和控制装置。
控制系统的类型。
有两种基本的数控控制系统：点位控制系统和轮廓控制系统。在点位控制系统中，也叫做位置控制系统，机床的每根轴都根据加工类型由丝杠单独以不同速度驱动。
机床以最大速度启动以缩短加工时间并随着刀具接近数值定位点而减速。因此在钻孔或冲孔加工中，定位和切削是依次进行的。当钻孔或冲孔加工完成后，刀具退回，并快速移动到下一个定位点，重复加工操作。
从一个定位点到下一个定位点运动所遵循的轨迹仅在以下该种情况下是重要的：为提高加工效率而要求是加工时间最短。点位控制系统多用于钻孔、冲孔和直线铣削加工中。
在轮廓控制系统中，也叫做连续轨迹系统，定位和切削都是沿控制的轨迹以不同速度进行的。由于刀具沿规定的轨迹运动时进行切削，所以对速度和位移的准确控制是很重要的。轮廓控制系统多用于车床、铣床、磨床、焊接机械和加工中心。
沿轨迹运动或插补是以几种基本方式以递增的方式实现的。在所有的插补方法中，路径控制就是控制刀具的旋转轴心。nc可以实现对不同类型的刀具、不同直径的刀具或刀具的磨损进行补偿。
轮廓控制数控系统有多种插补方法来解决在形成光滑的连续的轨迹时所能遇到的各种各样的问题。它们包括：线性插值、圆弧插值、螺旋插值、抛物线插值、三次插值。
这些插值方法都允许程序员运用相关输入参数来为线性轨迹或曲线轨迹编写运算指令。mcu中的插值器完成计算并且控制刀具沿轨迹运动。
线性插值法是最基本的插值法，在轮廓轨迹数控系统中用于生成直线轨迹。两轴和三轴线性插值方法在实际中有时是有区别的，但概念上是一样的。程序员要指出直线的起始点和终点以及沿直线运动的进给速度。
插值器为两轴（或三轴）中的每根轴计算进给速度以获得指定的进给速度。
线性插值法要生成圆弧轨迹是不可能的，因为要那样做就要求程序员指出线段以及用来无限逼近近似圆弧的线段的端点。圆弧插值法的出现使得由圆弧构成的程序可以通过指定以下参数来完成：圆弧的终点坐标、圆心坐标、半径以及切线方向。
刀具的轨迹是由许多线段生成的，但这些线段是由插值器计算的来的，而不是程序员。刀具被控制着按顺序沿每一段直线段运动，以生成光滑的弧线。而圆弧插值法的限制因素就是生成圆弧的平面必须是由数控系统的两坐标轴确定的平面。
螺旋线插值法把如上所述的两轴圆弧插值法和三轴线性插值法结合到了一起。
抛物线插值法和三次插值法是利用高阶方程来获得近似的自由曲线。这些需要大量计算并且不同于线性插值法和圆弧插值法。它们的应用主要集中在汽车业，为厢式车身的那些不能由线性插值法和圆弧插值法相结合来精确方便的完成自由曲线设计制造模具。
数控最普遍的应用是机床控制。这是数控的首要应用也是如今商业上最重要的。在这一部分当中我们重点讨论了数控在金属机加工上的机床应用。
机床数控技术。
这五种机加工中的每一种都是在其特定功能的机床上完成的。车削在车床上完成，钻削在钻床上完成，铣削在铣床上完成，等等。不同类型的磨削是在相应的磨床上完成的。
数控机床几乎可以用于所有的机械加工方法。这些数控机床包括：钻床，立式铣床和卧式铣床，立式车床和卧式车床，立式镗床和卧式镗床，仿形铣床，平面磨床和外圆磨床。
除了机械加工方法以外，数控机床还用于其他加工金属的方法。这些机床包括：金属板打孔机，金属板折弯机。
数控的引进给机床的设计和操作带来了显著影响。数控的影响之一就是在程序控制下机床切削金属的时间远大于人工操作机床的时间。这就导致某些零部件会磨损的更快，比如主轴、传动齿轮和丝杠。
所以数控机床的这些零部件必须设计的寿命更长些。影响之二，由于数控机床增加了电子控制单元从而增加了机床的成本，所以要求设备的利用率要高。代替了传统人工操作机床的单班制，nc机床往往是两班或三班制，以获得所需求的补偿。
而且，设计的nc机床应当缩短在一个加工循环中非加工因素所消耗的时间，比如装卸工件的时间和更换刀具的时间。影响之三，劳动力费用的增加已经改变了操作者和机床的相对作用。考虑到操作者的作用，他们已不再是技术过硬的工人来控制工件加工的方方面面，他们的任务已经减少到只是负责工件的装卸、刀具的更换、切屑的清理等类似工作。
这样一来，一名操作工一般能控制两台或三台自动机床。机床的作用也发生了变化。设计的数控机床具有高度自动化并且能够用一台机床来完成在在以前要用几种不同的机床来完成的多种加工。
一台新型机床最恰当的诠释了这些变化，而这台机床在nc出现和发展之前并不存在。
20世纪50年代末发展起来的加工中心是一种在程序控制下在一台机床上对同一工件完成不同机械加工的机床。加工中心能够完成铣削、钻削、铰孔、攻丝、镗孔、车端面等类似的操作。除此之外，数控加工中心的特点如下：
1）具有自动更换刀具的能力。 多种加工操作意味着需要多种刀具。刀具装在机床的刀库里。
当需要换刀时，刀库自动旋转到适当位置，刀具自动更换机构在程序的控制下对主轴上的刀具和刀库里的刀具进行互换。
2）自动调整绝大多数加工中心能够使工件相对主轴旋转，这样就使得刀具能够到达工件的四个面。
3）另一个特点就是加工中心有两个（或更多）独立的托盘能够输送给切削刀具。刀具前方适当位置的托盘中的工件正在加工时，另一个托盘在远离主轴的安全位置等待加工。这样一来，操作者能够在现有工件被加工的同时拆卸从前一个循环中加工完成的工件并为下一个循环安装未加工工件。
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