一、數(shù)控系統(tǒng)的配置
1、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)：采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件，沒(méi)有位置和速度反饋器件，所以控制簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但它們的負(fù)載能力小，位置控制精度較差，進(jìn)給速度較低，主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置；
2、半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)：采用直流或交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件，可以采用內(nèi)裝於電機(jī)內(nèi)的脈沖編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置/速度檢測(cè)器件來(lái)構(gòu)成半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，也可以采用直接安裝在工作臺(tái)的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測(cè)器件，來(lái)構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。
由于螺距誤差的存在，使得從半閉環(huán)系統(tǒng)位置檢測(cè)器反饋的絲杠旋轉(zhuǎn)角度變化量，還不能精確地反映進(jìn)給軸的直線運(yùn)動(dòng)位置。但是，經(jīng)過(guò)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)螺距誤差的補(bǔ)償後，它們也能達(dá)到相當(dāng)高的位置控制精度。與全閉環(huán)系統(tǒng)相比，它們的價(jià)格較低，安裝在電機(jī)內(nèi)部的位置反饋器件的密封性好，工作更加穩(wěn)定可靠，幾乎無(wú)需維修，所以廣泛地應(yīng)用于各種類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床。
直流伺服電機(jī)的控制比較簡(jiǎn)單，價(jià)格也較低，其主要缺點(diǎn)是電機(jī)內(nèi)部具有機(jī)械換向裝置，碳刷容易磨損，維修工作量大。運(yùn)行時(shí)易起火花，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率的提高較為困難。交流伺服電機(jī)是無(wú)刷結(jié)構(gòu)，幾乎不需維修，體積相對(duì)較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高，目前已在很大範(fàn)圍內(nèi)取代了直流伺服電機(jī)。
二、數(shù)控系統(tǒng)的伺服控制單元的選擇
（1）伺服控制單元的種類(lèi)
1、分離型伺服控制單元，其特點(diǎn)是數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制單元相對(duì)獨(dú)立，也就是說(shuō)，它們可以與多種數(shù)控系統(tǒng)配用，NC系統(tǒng)給出的指令是與軸運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)的DC電壓（例如0-10V），而從機(jī)床返回的是與NC系統(tǒng)匹配的軸運(yùn)動(dòng)位置檢測(cè)信號(hào)（例如編碼器感應(yīng)同步器等輸出信號(hào)）。伺服數(shù)據(jù)的設(shè)定和調(diào)整都在伺服控制單元側(cè)進(jìn)行（用電位器調(diào)節(jié)或通過(guò)數(shù)字方式輸入）。
2、串行數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元，其特點(diǎn)是NC系統(tǒng)與伺服控制單元之間的數(shù)據(jù)傳送是雙向。與軸運(yùn)動(dòng)相關(guān)的指令數(shù)據(jù)、伺服數(shù)據(jù)和報(bào)警信號(hào)是通過(guò)相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)線、選通信號(hào)號(hào)、發(fā)送數(shù)據(jù)線、接收數(shù)據(jù)線、報(bào)警信號(hào)線傳送。從位置編碼器返回NC裝置的有運(yùn)動(dòng)軸的實(shí)際位置和狀態(tài)等信息。
3、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元，其特點(diǎn)是軸控制單元密集安裝在一起，由一個(gè)公用的DC電源單元供電。NC裝置通過(guò)FCP板上的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊的連接點(diǎn)SR、ST與各個(gè)軸控制單元（子站）的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊的SR、ST點(diǎn)串聯(lián)，組成伺服控制環(huán)。各個(gè)軸的位置編碼器與軸控制單元之間是通過(guò)二根高速通信線連接，反饋的信息有運(yùn)動(dòng)軸位置和相關(guān)的狀態(tài)信息。
串行數(shù)據(jù)傳輸型和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元的伺服參數(shù)在NC裝置中用數(shù)字設(shè)定，開(kāi)機(jī)初始化時(shí)裝入伺服控制單元，修改和調(diào)整都十分方便。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元（例如大隈OSP-U10/U100系統(tǒng)）在相應(yīng)的控制軟件配合下，具有實(shí)時(shí)的調(diào)整能力，例如在Hi-G型定位加減速功能中，可以根據(jù)電機(jī)的速度和扭矩特性求出相應(yīng)的函數(shù)，再以其函數(shù)控制高速定位時(shí)的加減速度，從而抑制高速定位時(shí)可能引起的振動(dòng)。定位速度的提高可以縮短非切削時(shí)間，提高加工效率。又如在Hi-Cut型進(jìn)給速度控制功能中，系統(tǒng)可以在讀入零件加工程序後，自動(dòng)識(shí)別數(shù)控指令要求加工的零件形狀（圓弧、棱邊等），自動(dòng)調(diào)節(jié)加工速度，使之最佳化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高速高精度加工。
采用高速微處理器和專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理機(jī)（DSP）的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)出現(xiàn)後，硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂?，一些現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)算法得到實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而大大地提高了伺服系統(tǒng)的控制性能。伺服控制單元是數(shù)控系統(tǒng)中與機(jī)械直接相關(guān)聯(lián)的部件，它們的性能與機(jī)床的切削速度和位置精度關(guān)系很大，其價(jià)格也占數(shù)控系統(tǒng)的很大部分。相對(duì)來(lái)說(shuō)，伺服部件的故障率也較高，約占電氣故障的70%以上，所以選配伺服控制單元十分重要。
伺服故障除了與伺服控制單元的可靠性有關(guān)外，還與機(jī)床的使用環(huán)境、機(jī)械狀況和切削條件密切相關(guān)。例如環(huán)境溫度過(guò)高，易引起器件過(guò)熱而損壞；防護(hù)不嚴(yán)可能引起電機(jī)進(jìn)水，造成短路；導(dǎo)軌和絲杠潤(rùn)滑不好或切削負(fù)荷過(guò)重會(huì)引起電機(jī)過(guò)流。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡死更會(huì)引起功率器件的損壞，雖然伺服控制單元本身有一定的過(guò)載保護(hù)能力，但是故障情況嚴(yán)重或者多次發(fā)生時(shí)，仍然會(huì)使器件損壞。有些數(shù)控系統(tǒng)具有主軸和進(jìn)給軸的實(shí)時(shí)負(fù)載顯示功能（例如大隈OSP系統(tǒng)的“當(dāng)前位置”頁(yè)面上不僅可以顯示軸運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)，而且還同時(shí)顯示各軸的實(shí)時(shí)負(fù)載百分比，用戶(hù)可以利用這些信息，采取措施來(lái)防止事故的發(fā)生。
（2）進(jìn)給伺服電機(jī)的選擇
輸出扭矩是進(jìn)給電機(jī)負(fù)載能力的指標(biāo)。在連續(xù)操作狀態(tài)下，輸出扭矩是隨轉(zhuǎn)速的升高而減少的，電機(jī)的性能愈好，這種減少值就愈小。為進(jìn)給軸配置電機(jī)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足最高切削速度時(shí)的輸出扭矩。雖然在快速進(jìn)給時(shí)不作切削，負(fù)載較小，但也應(yīng)考慮最高快速進(jìn)給速度下的起動(dòng)扭矩。高速時(shí)的輸出扭矩下降過(guò)多也會(huì)影響進(jìn)給軸的控制特性。
（3）主軸伺服電機(jī)的選擇
輸出功率是主軸電機(jī)負(fù)載能力的指標(biāo)。主軸電機(jī)的額定功率是指在恒功率區(qū)（速度N1到N2）內(nèi)運(yùn)行時(shí)的輸出功率，低于基本速度N1時(shí)達(dá)不到額定功率，速度愈低，輸出功率就愈小。為了滿(mǎn)足主軸低速時(shí)的功率要求，一般采用齒輪箱變速，使主軸低速時(shí)的電機(jī)速度也在基本速度N1以上，此時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本也會(huì)相應(yīng)增加。在主軸與伺服電機(jī)直接連接的數(shù)控機(jī)床中，有兩種方法來(lái)滿(mǎn)足主軸低速時(shí)的功率要求，其一是選擇基本速度較低或額定功率高一檔的主軸電機(jī)，其二是采用特種的繞組切換式主軸伺服電機(jī)（例如日本大隈的YMF型主軸電機(jī)），這種電機(jī)的三相繞組在低速運(yùn)行時(shí)接成星形，而在高速運(yùn)行時(shí)接成三角形，從而提高了主軸電機(jī)的低速功率特性，降低主軸機(jī)械部件的成本。
這兒要特別指出的是，雖然高速加工是提高數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)效率的有效途徑，但高速、高精度切削會(huì)給伺服驅(qū)動(dòng)和計(jì)算機(jī)部件帶來(lái)更高的要求，必然增加數(shù)控系統(tǒng)的成本，而高速加工的另一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域是輕金屬和薄壁零件的加工，所以，應(yīng)該按機(jī)床的實(shí)際需要選擇主軸和進(jìn)給電機(jī)的速度。
（4）位置檢測(cè)器件的選擇
機(jī)械原點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床所有座標(biāo)系的基準(zhǔn)點(diǎn)，機(jī)械原點(diǎn)的穩(wěn)定性是數(shù)控機(jī)床極為重要的技術(shù)指標(biāo)，也是穩(wěn)定加工精度的基本保證，機(jī)械原點(diǎn)的建立方法有兩種：
1、在采用相對(duì)位置編碼器、感應(yīng)同步器或光柵作為位置反饋器件的數(shù)控機(jī)床中，數(shù)控系統(tǒng)將各進(jìn)給軸的回零減速開(kāi)關(guān)（或標(biāo)記）之後由位置反饋器件產(chǎn)生的第一個(gè)零點(diǎn)標(biāo)記信號(hào)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。這類(lèi)機(jī)床在每次斷電或緊急停機(jī)後都必須重新作各進(jìn)給軸的回零操作，否則，實(shí)際位置可能發(fā)生偏移，回零減速開(kāi)關(guān)與其撞塊的相對(duì)位置調(diào)整不妥，也會(huì)引起機(jī)械原點(diǎn)位置的不穩(wěn)定，這些都是應(yīng)該重視的；
2、在采用絕對(duì)位置編碼器作為位置反饋器件的數(shù)控機(jī)床中，絕對(duì)位置編碼器能夠自動(dòng)記憶各進(jìn)給軸全行程內(nèi)的每一點(diǎn)位置，不需回零開(kāi)關(guān)，每次斷電或緊急停機(jī)後，都不必重新作基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)定操作?；鶞?zhǔn)點(diǎn)位置設(shè)定後永久不變，并由專(zhuān)供絕對(duì)位置編碼器使用的存儲(chǔ)器記憶，特別適用于鼠牙盤(pán)定位的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)零點(diǎn)位置的設(shè)定，不僅穩(wěn)定性好，而且給操作和調(diào)整帶來(lái)極大方便。
（5）機(jī)械設(shè)計(jì)方案的選擇
機(jī)床是由機(jī)械和電氣兩部分組成，在設(shè)計(jì)總體方案時(shí)應(yīng)從機(jī)電兩方面來(lái)考慮機(jī)床各種功能的實(shí)施方案，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械要求和數(shù)控系統(tǒng)的功能都很復(fù)雜，所以更應(yīng)機(jī)電溝通，揚(yáng)長(zhǎng)避短。下面舉例說(shuō)明。
主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有采用伺服電機(jī)或變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)速和用普通三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)、機(jī)械齒輪分級(jí)變速、進(jìn)行人工換檔兩類(lèi)方法。
加工中心機(jī)床使用多種刀具進(jìn)行連續(xù)的不同種類(lèi)（銑、鉆、鏜和攻絲等）的切削加工，所以主軸的轉(zhuǎn)速是經(jīng)常變化的，而且必須由加工程序的S指令自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)換刀時(shí)還必須進(jìn)行主軸定向，所以必須采用帶有定向功能的自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)速方式。
對(duì)于主軸轉(zhuǎn)速要求不高的普通數(shù)控銑床來(lái)說(shuō)，刀具的更換都是用手動(dòng)方式進(jìn)行，而且在加工過(guò)程中，同一把刀具選擇不同轉(zhuǎn)速的機(jī)會(huì)并不多見(jiàn)，在手動(dòng)換刀的同時(shí)進(jìn)行手動(dòng)變速對(duì)生產(chǎn)效率的影響并不大，所以經(jīng)常采用機(jī)械齒輪分級(jí)變速、人工換檔的控制方式。與采用伺服電機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速的方案相比，可以顯著地降低生產(chǎn)成本，節(jié)省能源，維修也簡(jiǎn)單，是很實(shí)用的選擇。
（6）數(shù)控功能的選擇
除基本功能以外，數(shù)控系統(tǒng)還為用戶(hù)提供多種可選功能，各知名品牌的數(shù)控系統(tǒng)的基本功能差別不大，所以，合理地選擇適合機(jī)床的可選功能，放棄可有可無(wú)或不實(shí)用的可選功能，對(duì)提高產(chǎn)品的功能/價(jià)格比大有好處。
