一、數(shù)控機(jī)床的組成
數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)、測(cè)量反饋裝置和機(jī)床本體組成，見圖1-1。
1．輸入輸出設(shè)備
輸入輸出設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)程序編制、程序和數(shù)據(jù)的輸入以及顯示、存儲(chǔ)和打印。這一部分的硬件配置視需要而定，功能簡(jiǎn)單的機(jī)床可能只配有鍵盤和發(fā)光二極管(led)顯示器；功能普通的機(jī)床則可能加上磁盤驅(qū)動(dòng)器、人機(jī)對(duì)話編程操作鍵盤和視頻信號(hào)顯示器(crt/ lcd)；功能較高的可能還包含有自動(dòng)編程機(jī)或計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)／計(jì)算機(jī)輔助制造(cad／cam)系統(tǒng)。
2．?dāng)?shù)控裝置
數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。它接受來(lái)自輸入設(shè)備的零件加工程序和數(shù)據(jù)，并按輸入信息的要求完成數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和輸入輸出控制等功能。數(shù)控裝置通常是指一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)或通用計(jì)算機(jī)與輸入輸出接口板以及機(jī)床控制器(可編程控制器)等所組成的控制裝置。機(jī)床控制器的主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床輔助功能m、主軸轉(zhuǎn)速功能s和換刀功能t的控制。
3.伺服系統(tǒng)
數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是以機(jī)床移動(dòng)部件的位移和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是接受數(shù)控裝置的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件(如主軸驅(qū)動(dòng)、進(jìn)給驅(qū)動(dòng))。它包括伺服控制電路、功率放大線路和伺服電機(jī)等。伺服電機(jī)常用的有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電機(jī)。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)，要求有好的快速響應(yīng)性能，能靈敏而準(zhǔn)確地跟蹤由數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)。
4.測(cè)量反饋裝置
該裝置由測(cè)量部件和相應(yīng)的測(cè)量電路組成，其作用是檢測(cè)速度和位移，并將信息反饋給數(shù)控裝置，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。沒(méi)有測(cè)量反饋裝置的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。
5.機(jī)床本體
機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，包括床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。
二、數(shù)控機(jī)床的分類
1.按機(jī)械加工的運(yùn)動(dòng)軌跡分類
(1) 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床
點(diǎn)位控制是指刀具相對(duì)工件從某一位置移到下一個(gè)位置的過(guò)程中，不要求其運(yùn)動(dòng)軌跡，只要求刀具能最終準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置。刀具在移動(dòng)過(guò)程中不切削，一般采用快速運(yùn)動(dòng)。其移動(dòng)過(guò)程可以是先沿一個(gè)坐標(biāo)方向移動(dòng)，再沿另一個(gè)坐標(biāo)方向移動(dòng)到目標(biāo)位置，也可沿兩個(gè)坐標(biāo)同時(shí)移動(dòng)（圖1－2）。
(2) 直線控制數(shù)控機(jī)床
直線控制數(shù)控機(jī)床不僅要保證點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位，而且要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的位移速度和路線。其路線一般由與各坐標(biāo)軸平行的直線段或與坐標(biāo)軸成45°的斜線組成（圖1－3）。由于刀具在移動(dòng)過(guò)程中要切削，所以對(duì)于不同的刀具和工件，需要選用不同的切削用量和進(jìn)給量。
(3) 輪廓控制數(shù)控機(jī)床
輪廓控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置能夠同時(shí)控制兩個(gè)軸或兩個(gè)以上軸。對(duì)刀具相對(duì)工件的軌跡和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷控制（圖1－4）。它具有直線和圓弧或其它曲線的插補(bǔ)功能、刀具補(bǔ)償功能、機(jī)床軸向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、絲杠的螺距誤差和齒輪的反向間隙誤差補(bǔ)償?shù)裙δ堋Ｔ擃悪C(jī)床可加工曲而、葉輪等復(fù)雜形狀的零件。
按伺服系統(tǒng)的控制原理分類
(1) 開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床
開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床不帶有位置檢測(cè)裝置，數(shù)控裝置將零件程序處理后，輸出數(shù)字指令信號(hào)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)。指令信號(hào)的流程是單向的，如圖1－5所示。
這類數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)部件通常選用步進(jìn)電機(jī)。受步進(jìn)電機(jī)的步距精度和工作頻率以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度的影響，開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的速度和精度都較低。但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、調(diào)試維修方便等優(yōu)點(diǎn)，所以仍被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型、中小型數(shù)控機(jī)床。
(2) 閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床
閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床帶有檢測(cè)裝置。它隨時(shí)接受在工作臺(tái)端測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，將其與數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的指令位置信號(hào)相比較，由其差值控制進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)，直到差值為零時(shí)，進(jìn)給軸停止運(yùn)動(dòng)。
圖1－6為閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的原理框圖。安裝在工作臺(tái)的位置傳感器(比如光柵)把機(jī)械位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，反饋到位置比較電路與位置指令值相比較、得到的差值經(jīng)過(guò)放大和變換，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向減少誤差的方向移動(dòng)。
(3) 半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床
半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床與閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于其檢測(cè)反饋信號(hào)不是來(lái)自工作臺(tái)，而是來(lái)自與電動(dòng)機(jī)端或絲杠端連接的測(cè)量元件，見圖1－7。實(shí)際位置的反饋值是通過(guò)間接測(cè)得的伺服電動(dòng)機(jī)的角位移計(jì)算出來(lái)的，因而控制精度沒(méi)有全閉環(huán)高，但機(jī)床工作的穩(wěn)定性卻由于大慣量工作臺(tái)被排除在控制環(huán)外而提高，調(diào)試方便，因而廣泛用于數(shù)控機(jī)床中。
3.按照功能水平分類
數(shù)控機(jī)床的分類按所使用的數(shù)控系統(tǒng)的配置及功能區(qū)分，可分為高級(jí)型、普通型和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。對(duì)每一種數(shù)控機(jī)床的分類主要看其內(nèi)涵，即主要技術(shù)參數(shù)、功能指標(biāo)和關(guān)鍵部件的功能水平。