數控係統的配置和功能（néng）選擇係統是數控機床的重要組成部分，配（pèi）置什（shí）麽樣（yàng）的數（shù）控係（xì）統及選擇哪些數控功能，都是機床生產廠家和最終用戶所關注的問題。

    數控係統的配置伺服控製單元的（de）選擇

    數控係統的位置控製（zhì）方式,開環控製係統：采用步進電機作為（wéi）驅動（dòng）部（bù）件，沒（méi）有位置和速度反（fǎn）饋器（qì）件，所以（yǐ）控製（zhì）簡（jiǎn）單，價格低廉，但它們的負載能力小，位（wèi）置控製（zhì）精度較差，進給速度較低（dī），主要用於經（jīng）濟型數控裝置；半閉環和閉環位置控製係統：采用（yòng）直流或交流伺服電機作為驅動部件，可以采用內裝於（yú）電機內的脈衝編碼器，旋轉變（biàn）壓器作為（wéi）位置/速度檢測器件（jiàn）來構成半閉環位置控製係統，也可以采用直（zhí）接安裝（zhuāng）在工（gōng）作台的光柵或感應同步器作為位置檢測器件，來構成（chéng）高精度的全閉環位置控製係（xì）統。
    由於（yú）螺距（jù）誤差的存在，使得從半閉環係統位置檢測器（qì）反饋（kuì）的絲杠旋（xuán）轉角度變化量，還不能精確地反映進給軸的直線運動位置。但是，經過數控係統對螺距誤差的補償後，它（tā）們也能達到（dào）相當高的位置控製精度。與全閉環係統相比，它們的價格較低，安裝在電機內部的位置反饋（kuì）器件的密（mì）封性好，工作更加（jiā）穩定可靠，幾乎無需維修，所以廣泛地應用於各種類型的數控（kòng）機床。
    直流伺服電機的控製比較簡單，價格也較低，其（qí）主要缺點是電機內部具有機械換向裝置，碳刷容易磨損，維修工作量大。運行時易起火花，使電機的轉速和功率的提高（gāo）較為困難。
    交流伺（sì）服電機是無刷結構，幾乎不需維修（xiū），體積相對較小，有利（lì）於轉速和功率的（de）提高，目（mù）前已在很大範圍內取代了直流伺服電機。

    伺服控製單（dān）元的種類
    分離（lí）型伺服控製單元，其特點是（shì）數控係統和伺服控（kòng）製單元相（xiàng）對獨立，也就是說，它們可以與多種數控（kòng）係統配用，NC係統給出的指令（lìng）是與軸運動速度相關的DC電壓（例如0-10V），而從機床返回的是與NC係統匹（pǐ）配的軸（zhóu）運動位置檢測（cè）信號（例如編碼器?感應同步器等輸出信號）。伺服數據的設定和調整都在伺服控製單元側進行（háng）（用電位器調節或（huò）通過數字方式輸入）。
    串行數據傳輸型伺服控製單元，其特點是NC係統與伺服控製（zhì）單元之間（jiān）的數據傳（chuán）送是雙向。與軸運動相關的指令數據、伺服數據和（hé）報警信號是通過相應的（de）時鍾信號線、選通信號號、發送數據線、接收數據線、報警（jǐng）信號（hào）線傳送。從位（wèi）置編碼器返回NC裝置的有運動軸的實際位置和狀態等信（xìn）息。
    網（wǎng）絡數據（jù）傳輸型伺（sì）服控製單元（yuán），其特點是軸控製（zhì）單元密集安裝（zhuāng）在（zài）一起，由一個公用的DC電源單元供電。NC裝（zhuāng）置通過FCP板上的網絡數（shù）據處理模塊的連接點SR、ST與各個軸控製單元（子站）的網絡數據處（chù）理模塊的SR、ST點串聯，組（zǔ）成伺服控製環。各個軸的位置編碼器與軸控製單（dān）元之間（jiān）是通過二根高速通信線連接，反饋的信息有運動軸位置和相關的狀態信息。
  串行數（shù）據傳輸型和網絡數據傳輸型伺服控製單元的（de）伺服參數在NC裝置中用數字設定，開機初始化時裝入伺服控製單元，修（xiū）改和調整都十分方便。
    網絡數據傳輸型伺服控製單元（例如（rú）大隈OSP-U10/U100係統）在相（xiàng）應的控製軟件配合下，具有實時的調整能力，例如（rú）在Hi-G型定位加減速功能中，可以根據電機的速度和扭矩特性求出相應（yīng）的函（hán）數（shù），再以其函數控製高速定（dìng）位時的加減速（sù）度（dù），從而抑（yì）製高速定位時可能引起的振動。定位速度的提高可以縮短非切削（xuē）時間，提高加工效率。又如在Hi-Cut型（xíng）進給速度控製功能中，係統可以在讀入零件加工（gōng）程序後，自動識別數控（kòng）指令要求加工的（de）零件形狀（圓弧、棱邊等），自動調節加工（gōng）速度，使之最佳化，進而實現高速高精度加工。
    采用（yòng）高速微處理器和（hé）專用數字信號（hào）處理機（DSP）的全數字化交（jiāo）流伺服係統出現後，硬（yìng）件伺服控製變為軟件伺服控製，一些（xiē）現代控（kòng）製理（lǐ）論的先（xiān）進算法得到實現，進而大大地（dì）提高了伺服係統的（de）控製性能。
    伺服控製單元是數控係統中與機械直（zhí）接相關聯（lián）的部（bù）件，它們的性能與（yǔ）機床的切削速度和位置精度關係很大，其價（jià）格也占數控係統的很大部分。相對來說，伺服部件的故障（zhàng）率（lǜ）也較高，約占電氣故障的70%以上，所以選配伺服控製單元十分重要（yào）。
    伺（sì）服故障除了與伺（sì）服控製單元的可靠性有關外，還與機床的使用環境、機械狀況和切削條件密切相關。例如環境溫度過高，易引（yǐn）起器件過熱而損壞（huài）；防護不嚴（yán）可能引起電機（jī）進水，造成短路；導軌和絲杠潤滑不好或切削負荷過重會引起電機過流。機（jī）械傳動機構卡死更會引（yǐn）起功率器件（jiàn）的（de）損壞，雖然伺（sì）服控製單（dān）元本身有一定的過（guò）載保護能力，但是故障情況嚴重或者（zhě）多次發生時（shí），仍然會使器件損壞。有些數控係統具有主軸（zhóu）和進給軸（zhóu）的實時負載顯示功（gōng）能（例如大隈（wēi）OSP係統的“當前位置”頁麵上不（bú）僅可（kě）以顯示軸運（yùn）動的實時位置數據，而且還同時顯示各（gè）軸的實（shí）時負載百分比，用戶（hù）可以利用這些信息，采取（qǔ）措施來防止（zhǐ）事故的發生。

     進給伺服電機的選（xuǎn）擇
    輸出扭矩是進給電機負載（zǎi）能力的指標。在連續操作狀態下，輸出（chū）扭矩是隨轉速的升高而減少的，電機的性能愈好，這種減少值就愈（yù）小。為進給軸配置電機時（shí）應滿（mǎn）足最高切削速度時的（de）輸出扭矩。雖然在快速進給時不作（zuò）切削，負載較小，但也（yě）應考慮最高快速進給速度（dù）下的起動扭矩。高速（sù）時的輸出扭矩下降過多（duō）也會影響（xiǎng）進給軸的（de）控製特性。

    位置檢測器件的選擇
   機械原點是數（shù）控機床所有座標係的基準點，機械原點的穩定性是數控機床極為（wéi）重要的技術（shù）指（zhǐ）標，也是（shì）穩定加工精度的基本保（bǎo）證，機械原點的建立方法有兩種：
    在（zài）采（cǎi）用相對位置（zhì）編碼器（qì）、感應同（tóng）步器或光（guāng）柵作為位（wèi）置反饋器（qì）件的數控機床中，數控係統（tǒng）將各進給軸的回零減速開關（或標記）之後由位置反（fǎn）饋器件（jiàn）產生的第一個零（líng）點標記信號作為基準點。這類機床在每次斷電或緊急停機後都必須重新作各進給軸的回零操作，否則，實際位置可能發生偏移，回零減速開關與其撞塊的（de）相對位置調整不妥，也會引起機械原（yuán）點位置的不穩定，這些都是應該重視的；
    在采（cǎi）用絕對位置（zhì）編碼器作為位置反饋器件的數控機床中，絕對位置編碼器能夠自動記憶各進給軸全（quán）行程內的每一點位（wèi）置，不需回零開關，每（měi）次斷電（diàn）或緊急停機後，都不必重新作基準點（diǎn）的設定操作。基準點位置設定後永久不變，並由專供絕對位置編碼器使用的存儲器記憶，特別適用於鼠牙盤（pán）定位的旋轉工作台零點（diǎn）位置的設定，不僅穩定性好，而（ér）且給操作和調整帶來極大方便。

    機械設計方案的選擇
    機床是由機械和電氣兩部分組成，在設計總體方案時應從機電兩方麵來考慮機床各種功能的實（shí）施方案，數控機床的機械要求和數控係統的功能都很複雜，所以更應機電溝通，揚長避短。下麵舉例說明。
    例一主軸轉速的調節有采用伺服電機或變頻電機實現自動無級調速和用普通三相異步電機驅動、機械齒輪分級變速、進行人工換檔兩類方法。
    加工中心（xīn）機床使用多種刀（dāo）具（jù）進行連續的不同種類（銑、鑽、鏜和攻絲等）的切削加工，所以主軸的轉（zhuǎn）速是經常變化的，而且（qiě）必須由加工程序的S指令自動實現，自動換刀時還必須進行主軸定向，所以必須采用帶有定向（xiàng）功能的自動無級調速方式。
    對（duì）於主軸轉速要求不高的普通數（shù）控銑床來說，刀具的更換都是用手動方式進行，而且在加工過程中，同一把刀具選（xuǎn）擇不同（tóng）轉速的機會並不（bú）多見，在手動換刀的同時進行（háng）手動變速對（duì）生（shēng）產效率的影響並不大，所以經常采用機（jī）械齒輪分級變速、人工換檔的控製方式。與采用伺服電機進行無級調速的方案相比，可以顯著地降低生產成本，節省能源，維修也簡單，是很實用的選擇。
    例二使用臥式加工中心對零件進行多麵加工時（shí），往往需要更換夾具並多次裝卡，必須占（zhàn）用可貴的機床運行時間，選用有雙工位自動托板交換（APC）裝置（zhì）的臥式加工中心，可以大大地節省零件裝（zhuāng）卡的占機時間，從而提高（gāo）機床的生產效率，而且該功能的控製是由PLC控製程序（xù）來完成，除了多用幾個輸入/輸出控製點外，數控（kòng）係統的成本增加不多，是個（gè）功能/價格比很高的選擇。
    例三加工中心機床的換刀時間對生產效率有很大影響，而換刀速度與（yǔ）機械結構有很大的關係。例如，由油缸（gāng）控製（zhì）的機械手換刀時間一般在10秒以上，在2~3秒內能完成換刀動作的機械手一般采（cǎi）用伺服電機驅動，配有凸輪和內外油缸鬆刀機（jī）構。與機構不相當（dāng）的換刀速度，可能（néng）使故障率增加。選擇合理的切（qiē）削路徑、采用高質量的刀具、切削條件的最佳化也（yě）是提（tí）高生產效率的重要手段，應綜（zōng）合考慮（lǜ）。