世界各工業(yè)發(fā)達國家通過發(fā)展數(shù)控技術、建立數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)，促使制造業(yè)跨入一個新的發(fā)展階段，給國民經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)帶來了巨大的變化。數(shù)控機床是世界第三次產(chǎn)業(yè)革命的重要內(nèi)容，它不但是機電工業(yè)的重要基礎裝備，還是汽車、石化、電子和現(xiàn)代醫(yī)療裝備等產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的主要手段。雖然數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)本身的產(chǎn)值遠不如汽車、化工等產(chǎn)業(yè)，但高效的數(shù)控機床給制造業(yè)帶來了現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式以及高倍率的效益增長，這是促進國民經(jīng)濟發(fā)展的巨大源動力。特別是數(shù)控技術在制造業(yè)的擴展與延伸所產(chǎn)生的輻射作用和波及效果，足以給機械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制造方式及管理模式等帶來深刻的變化。

    計算機數(shù)控(CNC)系統(tǒng)主要由圖1所示的虛線框中的幾個部分組成，雙點畫線框中為數(shù)控系統(tǒng)的控制對象，這里以數(shù)控機床為例進行說明。

圖1 數(shù)控系統(tǒng)的組成

1．操作面板操作面板是操作人員與數(shù)控機床(系統(tǒng))進行交互的工具。一方面，操作人員可以通過操作面板對數(shù)控機床(系統(tǒng))進行操作、編程、調(diào)試或?qū)�機床參數(shù)進行設定和修改，另一方面，操作人員也可以通過它了解或查詢數(shù)控機床(系統(tǒng))的運行狀態(tài)。

    操作面板主要由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列(功能與計算機鍵盤一樣)和顯示器等部分組成，如圖2所示。

圖2 操作面板

2．輸入輸出設備輸人輸出設備是CNC 系統(tǒng)與外部設備進行交互的裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC 系統(tǒng)或?qū)⒄{(diào)試好了的零件加工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的控制介質(zhì)上。數(shù)控機床常用的控制介質(zhì)和輸入輸出設備見下表。

表 控制介質(zhì)與輸入輸出設備

此外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般都可采用通信方式實現(xiàn)CNC 系統(tǒng)與外部設備問的信息交換，這種信息交換方式是實現(xiàn)DNC、FMS 和CIMS 等的基本技術。目前在數(shù)控機床上常采用的通信方式有：

——串行通信(RS232等串口)。

——自動控制專用接口和規(guī)范(DNC 方式，專用接口卡等)。

——網(wǎng)絡技術(Internet，LAN等)。

3．計算機數(shù)控(CNC)裝置(或CNC 單元) 計算機數(shù)控(CNC)裝置是計算機數(shù)控系統(tǒng)的核心。其主要作用是根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應的處理(如運動軌跡插補計算、機床輸入輸出處理等)，然后輸出控制命令到相應的執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC 等)，加工出需要的零件。所有這些工作由CNC 裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進行工作。CNC 裝置主要由計算機系統(tǒng)、位置控制板、PLC 接口板、通信接口板、擴展功能模塊以及相應的控制軟件等模塊組成。



4．伺服單元、驅(qū)動裝置和測量裝置伺服單元和驅(qū)動裝置包括主軸伺服驅(qū)動裝置和主軸電動機、進給伺服驅(qū)動裝置和進給電動機。伺服單元把來自CNC 裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動裝置的大功率信號，驅(qū)動裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C械運動。

測量裝置包括位置和速度測量裝置，它是實現(xiàn)速度閉環(huán)控制(主軸、進給)和位置閉環(huán)控制(進給)的必要裝置。

伺服單元、驅(qū)動裝置和測量裝置合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置。CNC 裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實施，所以，伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。

進給伺服系統(tǒng)的主要作用是實現(xiàn)零件加工的成形運動，其控制量為速度和位置。主軸伺服系統(tǒng)的主要作用是實現(xiàn)零件加工的切削運動，其控制量為速度。它們一個共同的特點是能靈敏、準確地跟蹤CNC裝置的位置和速度指令。

從某種意義上可以說，數(shù)控機床功能的強弱主要取決于CNC 裝置，而數(shù)控機床性能的好壞則主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)。

5．PLC、機床I／O 電路和裝置PLC(Programmable Logic Controller，可編程控制器)用于完成與邏輯運算有關的順序動作的控制，其由硬件和軟件組成。

機床I／O電路和裝置是數(shù)控機床實現(xiàn)輸A／輸出控制的執(zhí)行部件，是由繼電器、電磁閥、行程開關和接觸器等組成的邏輯電路。PLC、機床I／O電路和裝置共同完成以下任務。

1)接受CNC 的指令，對其進行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作。

2)接受操作面板和機床側(cè)的I／O 信號，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC 系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機床的動作。

6．機床機床是數(shù)控機床的主體，是數(shù)控系統(tǒng)的被控對象，是實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。它主要由主運動部件、進給運動部件(工作臺、拖板以及相應的傳動機構(gòu))、支承件(立柱、床身等)以及特殊裝置(刀具自動交換系統(tǒng)、工件自動交換系統(tǒng))和輔助裝置(如冷卻、潤滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等)組成。數(shù)控機床機械部件的組成與普通機床相似，但傳動結(jié)構(gòu)較為簡單，在精度、剛度和抗震性等方面要求高，而且其傳動和變速系統(tǒng)要便于實現(xiàn)自動化控制。