1.2 数控机床的概念及组成

1.数控机床的概念

国家标准GB/T 8129—2015将数控（Numerical Control，NC）定义为：用数值数据的控制装置，在运行过程中，不断地引入数值数据，从而对某一生产过程实现自动控制。国际信息处理联盟（International Federation of Information Processing）第五技术委员会对数控机床所做的定义是：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，机床的运动和动作按照这种程序控制系统发出的由特定代码和符号编码组成的指令进行。

2.数控机床的组成

数控机床通常由数控装置、伺服系统和测量反馈系统、机床主体和辅助装置组成。

（1）数控装置

数控装置是数控机床的核心，其功能是接受输入的加工信息，经过数控装置的系统软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理，向伺服系统发出相应的脉冲，并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动。

现代数控装置采用多微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控。数控装置主要由输入装置、信息处理和输出装置3个基本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调工作。

1）输入装置。将数控指令输入给数控装置。目前主要有键盘、磁盘、CAD/CAM系统直接通信和连接上级计算机的DNC（直接数控）输入等方式，早期的数控系统是以光电阅读机的纸带输入形式为主。

2）信息处理。输入装置将加工信息传给CNC单元，编译成计算机能识别的信息，由信息处理部分按照控制程序的规定，逐步存储并进行处理后，通过输出单元发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。

3）输出装置。输出装置与伺服机构相连。输出装置根据控制器的命令接受运算器的输出脉冲，并把它送到各坐标的伺服控制系统，经过功率放大，驱动伺服系统，从而控制机床装夹的工件或刀具按规定要求运动。

（2）伺服系统和测量反馈系统

伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标，因此，对数控机床的伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。

伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机是常用的驱动装置。当然，现在先进数控机床也有采用直线电动机作为驱动装置的。

测量元件将数控机床各坐标轴的实际位移值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中，数控装置对反馈回来的实际位移值与指令值进行比较，并向伺服系统输出达到设定值所需的位移量指令。

（3）机床主体

机床是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。与传统的机床相比，数控机床主体具有如下结构特点。

1）采用具有高刚度、高抗振性及较小热变形的机床新结构。通常用提高结构系统的静刚度、增加阻尼、调整结构件质量和固有频率等方法来提高机床主机的刚度和抗振性，使机床主体能适应数控机床连续自动地进行切削加工的需要。采取改善机床结构布局、减少发热、控制温升及采用热位移补偿等措施，可减小热变形对机床主机的影响。

2）采用高性能的主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置，使数控机床的传动链缩短，简化了机床机械传动系统的结构。

3）采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和运动部件，如滚珠丝杠螺母副、塑料滑动导轨、直线滚动导轨和静压导轨等。

（4）辅助装置

辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护、照明等各种辅助装置。