1.1.3 数控机床的组成

数控机床一般由输入输出装置、计算机数控装置、伺服驱动装置、检测反馈装置、辅助控制装置和机床本体组成，其中除机床本体之外的部分称为计算机数控（CNC）系统，如图1-2所示。

（1）输入输出装置输入输出装置是操作人员与机床数控系统进行信息交流的载体，其主要功能有编制程序、存储程序、输入程序和数据、打印和显示等。零件加工程序、机床参数及刀具补偿等数据可以直接由操作人员手动输入到数控装置，即通过机床上的CRT显示器及键盘手动输入；也可以利用CAD/CAM软件在计算机上编程，然后通过计算机用通信方式将程序传送到数控装置。后者还是实现CAD/CAM集成、FMS和CIMS的基本技术。目前数控机床常采用的通信方式有：串行通信（RS232、RS422、RS485等）；自动控制专用接口和规范，如DNC（Direct Numerical Control）方式，MAP（Manufacturing Automation Protocol）协议等；网络通信（Internet、Intranet、LAN）等。数控装置通过CRT、LED、LCD、TFT显示器以及各种信号灯、报警器等将信息输出。

（2）计算机数控装置 计算机数控装置是计算机数控系统的核心，其组成框图如图1-3所示。数控装置通常由专用（或通用）计算机、输入输出接口板及机床控制器等组成。输入设备传送的数控加工程序和操作指令，经计算机数控装置系统进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置和PLC等），控制其动作，加工出需要的零件。所有这些工作都是由CNC装置内的系统程序进行合理的组织，在CNC装置硬件的协调配合下，有条不紊地进行的。

（3）伺服驱动装置 伺服系统是数控设备的重要组成部分，是数控装置和受控设备的联系环节，其结构框图如图1-4所示。伺服驱动装置包括主轴伺服驱动装置和进给伺服驱动装置两部分。伺服驱动装置将位置指令和速度指令转化为机床运动部件的运动。数控装置发出的控制信息，经伺服系统中的控制电路、功率放大电路和伺服电动机驱动受控设备工作，并可对其位置、速度等进行控制。

（4）检测反馈装置 检测反馈装置是闭环和半闭环控制系统中的重要环节，其作用是通过传感器将伺服电动机角位移和数控机床执行机构的直线位移，转换成电信号输送给数控装置，与脉冲信号进行比较，由数控装置纠正误差，控制驱动执行元件准确运转。位置检测装置与伺服驱动装置配套组成半闭环和闭环伺服驱动系统。

常用的位置检测元件有：光栅传感器、脉冲发生器、感应同步器、旋转变压器和磁栅。

1）光栅传感器是数控机床和数字显示系统常用的检测元件。

2）脉冲发生器又称角度数字编码器，具有精度高、结构紧凑、工作可靠等优点，是精密数字控制和伺服系统常用的角位移数字式检测器件。

3）感应同步器可测量直线位移和角位移，并能转换成数字显示。

4）旋转变压器常用于角位移的检测。

5）磁栅是测量直线位移的一种数字式传感器。

常见检测元件的分类见表1-1。

（5）辅助控制装置 辅助控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制装置，通过可编程序控制器（Programmable Logic Control，PLC）来实现。PLC和数控装置配合共同完成数控机床的控制。

（6）机床本体 机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。数控机床的机械部件包括：主运动部件、进给运动部件（机床工作台、滑板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）、特殊装置（刀具自动交换装置、工件自动交换装置）和辅助装置（如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等）。数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、摩擦特性、抗振性等方面要求更高，而且传动和变速系统要便于实现自动化控制。