數控機床的基本組成
數控機床是最典型的數控設備。為了了解數控機床的基本組成，首先需要分析數控機床加工零件的工作過(guò)程。在數控機床上，為了進(jìn)行零件的加工，可以通過(guò)如下步驟進(jìn)行：
據被加工零件的圖樣與工藝方案，用規定的代碼和程序格式，將刀具的移動(dòng)軌跡、加工工藝過(guò)程、工藝參數、切削用量等編寫(xiě)成數控系統能夠識別的指令形式，即編寫(xiě)加工程序。
將所編寫(xiě)的加工程序輸入數控裝置。
數控裝置對輸入的程序（代碼）進(jìn)行譯碼、運算處理，并向各坐標軸的伺服驅動(dòng)裝置和輔助機能控制裝置發(fā)出相應的控制信號，以控制機床的各部件的運動(dòng)。
在運動(dòng)過(guò)程中，數控系統需要隨時(shí)檢測機床的坐標軸位置、行程開(kāi)關(guān)的狀態(tài)等，并與程序的要求相比較，以決定下一步動(dòng)作，直到加工出合格的零件。
操作者可以隨時(shí)對機床的加工情況、工作狀態(tài)進(jìn)行觀(guān)察、檢查，必要時(shí)還需要對機床動(dòng)作和加工程序進(jìn)行調整，以保證機床安全、可靠的運行。
由此可知，作為數控機床的基本組成，它應包括：輸入/輸出裝置、數控裝置、伺服驅動(dòng)和反饋裝置、輔助控制裝置以及機床本體等部分（如圖1-1所示）。
 
圖1—1中的虛線(xiàn)框部分統稱(chēng)為數控系統，實(shí)現對機床主機的加工控制。目前數控系統大部分采用計算機數控（即CNC），圖中的輸入/輸出裝置、數控裝置、伺服驅動(dòng)和反饋裝置構成的機床數控系統，作用在上面已經(jīng)敘述。下面再簡(jiǎn)要介紹其他組成部分。

圖1—1數控機床的組成
測量反饋裝置它是閉環(huán)（半閉環(huán)）數控機床的檢測環(huán)節，其作用是通過(guò)現代化的測量元件：脈沖編碼器、旋轉變壓器、感應同步器、光柵、磁尺和激光測量?jì)x等，將執行元件（如、刀架等）或工作臺等的實(shí)際位移的速度和位移量檢測出來(lái)，反饋回伺服驅動(dòng)裝置或數控裝置，并補償進(jìn)給的速度或執行機構的運動(dòng)誤差，以達到提高運動(dòng)機構精度的目的。檢測裝置的安裝、檢測信號反饋的位置，決定于數控系統的結構形式，伺服內裝式脈沖編碼器、測速機以及直線(xiàn)光柵等都是較常用的檢測部件。
由于先進(jìn)的伺服都采用了數字式伺服驅動(dòng)技術(shù)（稱(chēng)為數字伺服），伺服驅動(dòng)和數控裝置間一般都采用總線(xiàn)進(jìn)行連接；反饋信號在大多數場(chǎng)合都是與伺服驅動(dòng)進(jìn)行連接，并通過(guò)總線(xiàn)傳送到數控裝置。只有在少數場(chǎng)合或采用模擬量控制的伺服驅動(dòng)（俗稱(chēng)模擬伺服）時(shí)，反饋裝置才需要直接和數控裝置進(jìn)行連接。
輔助控制機構、進(jìn)給傳動(dòng)機構它是介于數控裝置和機床機械、液壓部件之間的控制部件。其主要作用是接受數控裝置輸出的主軸轉速、轉向和啟停指令；刀具選擇交換；冷卻、潤滑裝置的啟停指令；工件和機床部件的松開(kāi)、夾緊工作臺轉位等輔助指令信號，以及機床上檢測開(kāi)關(guān)的狀態(tài)等信號，經(jīng)必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后直接驅動(dòng)相應的執行元件，帶動(dòng)機床機械部件、液壓氣動(dòng)等輔助裝置完成指令規定的動(dòng)作。它通常由PLC和強電控制回路構成，PLC在結構上可以與CNC一體化（內置式PLC），也可以相對獨立（外置式PLC）。
機床本體就是數控機床的機械結構件，也是由主傳動(dòng)系統、進(jìn)給傳動(dòng)系統、床身、工作臺以及輔助運動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統、潤滑系統、冷卻裝置、排屑、防護系統等部分組成。但為了滿(mǎn)足數控的要求，充分發(fā)揮機床性能，它在總體布局、外觀(guān)造型、傳動(dòng)系統結構、刀具系統以及操作性能方面都已發(fā)生了很大的變化。機床機械部件包括床身、箱體、立柱、導軌、工作臺、主軸、進(jìn)給機構、刀具交換機構等。
數控加工的原理
在傳統的金屬切削機床上，加工零件時(shí)需要操作者根據圖樣的要求，通過(guò)不斷改變刀具的運動(dòng)軌跡和運動(dòng)速度等參數，使刀具對工件進(jìn)行切削加工，最終加工出合格零件。
數控機床的加工，其實(shí)質(zhì)是應用了“微分”原理。其工作原理與過(guò)程可以簡(jiǎn)述如下（圖1-2）：
數控裝置根據加工程序要求的刀具軌跡，將軌跡按機床對應的坐標軸，以最小移動(dòng)量（脈沖當量）進(jìn)行微分（圖1-2中的△X、△Y），并計算出各坐標軸需要移動(dòng)的脈沖數。
通數控裝置的“插補”軟 件或“插補”運算器，把要求的軌跡用以“最小移動(dòng)單位”為單位的等效折線(xiàn)進(jìn)行擬合，并找出最接近理論軌跡的擬合折線(xiàn)。
③數控裝置根據擬合折線(xiàn)的軌跡，給相應的坐標軸連續不斷地分配進(jìn)給脈沖，并通過(guò)伺服驅動(dòng)使機床坐標軸按分配的脈沖運動(dòng)。圖1-2數控加工原理示意圖
由上可見(jiàn)：第一，只要數控機床的最小移動(dòng)量（脈沖當量）足夠小，所用的擬合折線(xiàn)就可以等效代替理論曲線(xiàn)。第二，只要改變坐標軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線(xiàn)的形狀，從而達到改變加工軌跡的目的。第三，只要改變分配脈沖的頻率，即可改變坐標軸（刀具）的運動(dòng)速度。這樣就實(shí)現了數控機床控制刀具移動(dòng)軌跡的根本目的。
以上根據給定的數學(xué)函數，在理想軌跡（輪廓）的已知點(diǎn)之間，通過(guò)數據點(diǎn)的密化，確定一些中間點(diǎn)的方法，稱(chēng)為插補。能同時(shí)參與插補的坐標軸數，稱(chēng)為聯(lián)動(dòng)軸數。顯然，當數控機床的聯(lián)動(dòng)軸數越多，機床加工輪廓的性能就越強。因此，聯(lián)動(dòng)軸的數量是衡量數控機床性能的重要技術(shù)指標。