數控係統的配置和功能選擇係統是數（shù）控機床的重要組成部分，配置什麽樣的數控係統（tǒng）及選（xuǎn）擇哪些數（shù）控功能，都是機床生產廠家和最終用戶所關注的問題。
　　數控（kòng）統的配置　伺服控製單元的選擇（zé）　數控係統的位置控製方式
　　開環控製係統：采用步進電機作為驅動部件，沒（méi）有位置和速度反饋器件，所（suǒ）以控製簡單，價格低廉，但它們（men）的負載能力小，位置控製精度較差，進給速度較低，主要用於經濟型數控裝置；
　　半閉環和閉（bì）環位（wèi）置控製係統：采用（yòng）直流或交流伺服（fú）電（diàn）機作為驅動部件，可以（yǐ）采用內裝於（yú）電機內（nèi）的脈衝編碼器，旋轉變壓器作為（wéi）位置/速度檢測器件來構成半閉環位置控製係（xì）統，也可以采用直接（jiē）安裝在工作臺的光柵或（huò）感應同步器作為位置檢測器件，來構（gòu）成（chéng）高（gāo）精度的全閉（bì）環位置控製係（xì）統。
　　由於螺距誤差的存在，使得從半閉環係統位置（zhì）檢測器（qì）反饋的絲杠旋轉角度變化量，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（xì）統對螺距（jù）誤差的（de）補（bǔ）償後，它們也能達到相當高的（de）位置控製精度
。與全閉（bì）環（huán）係統相比，它們的價（jià）格較低，安（ān）裝在電機內部的位置反饋器件的密封性好，工作更加（jiā）穩定可靠，幾乎無需維修，所以廣（guǎng）泛地應用於各（gè）種類型的數控機床。
　　直（zhí）流伺服電機的（de）控製比較簡單，價格也（yě）較低，其主要缺點是電機內部具有（yǒu）機械換向裝（zhuāng）置（zhì），碳刷容易磨損，維修工作量大。運行時易（yì）起（qǐ）火花，使電機的轉速和功率的（de）提高較為困難。
　　交流伺服電機是無刷結構，幾乎不需維修，體積相對較小，有利於轉速和功率的提高，目前已在很大範圍內（nèi）取代了直流伺服電機。
　　伺服控製單元的種類
　　分離型伺（sì）服控製（zhì）單元，其特點是數控係統和伺服控製單元相對獨立，也（yě）就是說，它們可以與多種（zhǒng）數控係統配用，NC係統給出（chū）的指令是與軸運動（dòng）速（sù）度相（xiàng）關（guān）的（de）DC電壓（例如0-10V），而從機床返回的是與NC係統匹配的軸運動位置檢測信號（例如編碼器?感應同步器等輸出信號（hào））。伺服數據的（de）設定和調整都在（zài）伺服控製單元側進行（háng）（用電位器調節（jiē）或通過數字（zì）方式輸入）。
　　串行數據傳輸型伺服控製單元，其特（tè）點是NC係統與伺服控製單元之間的數據傳送是雙向。與軸運動相關的指令數據（jù）、伺服數據和報警信號是通過相應的時鍾信號線、選通信號號（hào）、發送數據線、接收數據線、報警（jǐng）信號（hào）線傳送。從位置編碼器（qì）返回NC裝置的有運動軸的實際位置和狀態等信息。
　　網絡數據傳輸型伺服控製單元，其特點是軸控製單元密集安裝在一起，由一個公用的DC電源單元供電。NC裝置通過FCP板上的網（wǎng）絡數據處理模塊的連接點SR、ST與各個軸控製單元（子站）的網絡數據處理模塊的SR、ST點串聯，組成伺服控製環。各個軸的位置（zhì）編碼器與軸控製（zhì）單元之間是通過二根高速通信線連接，反饋的（de）信息有運動軸位置和相關的狀態信息（xī）。
　　串行數據傳輸型和網絡數據傳輸型伺服控製單元的伺（sì）服參數（shù）在NC裝置中用數（shù）字設定，開機初始化時裝入伺服控製單元，修改（gǎi）和調整都十分方便。
　　網絡數（shù）據傳輸型伺服控製單元（例如大（dà）隈OSP-U10/U100係統）在相應（yīng）的控製軟件（jiàn）配合下，具有實時的調整能力，例如在Hi-G型定位加減速功能中，可以根據（jù）電機的速度和扭矩特性求出相應的（de）函數，再以其函（hán）數控（kòng）製高速定位時的加減速度，從（cóng）而抑製高速定位（wèi）時可能（néng）引起的振動。定位速度的提高可以縮短非切削時間，提高（gāo）加工效率。又如在（zài）Hi-Cut型進給速度控製功能中，係統（tǒng）可以在讀入零件加工程序後，自（zì）動識別數控指（zhǐ）令要求加工的零件形狀（圓弧、棱邊等），自動調節加工速度（dù），使（shǐ）之最佳化，進而實現高速高精度加工。
　　采用高（gāo）速微處理器和專用（yòng）數字信號處理機（DSP）的全數字（zì）化交流伺服係統出現（xiàn）後，硬件伺服控製變為軟件伺服控製，一些現代控製理論的先進算法（fǎ）得到實現，進而大大地提高了伺（sì）服係統的控製（zhì）性能。
　　伺服（fú）控製（zhì）單元是數控係統中與機械直接相（xiàng）關聯的部件，它們的性能與機床的切削速度和位置精度關係很大，其價格也（yě）占數控係統的（de）很大部分。相對來說，伺服部件的故障率也較高，約占電氣故障的70%以上，所（suǒ）以選配伺服控製單（dān）元十分重要。
　　伺服故障除了與伺服控製（zhì）單元（yuán）的可（kě）靠性（xìng）有關（guān）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，易引起器件過熱而損壞；防護不嚴可能引（yǐn）起電機進水（shuǐ），造成短路；導軌和絲（sī）杠潤滑不好或切削負荷（hé）過重會引起電機過流。機械傳動機構卡死更會（huì）引起功率器件的損壞（huài），雖然伺服控製單元本身有（yǒu）一定的過載保護（hù）能力，但是故障情（qíng）況嚴重或者多次發生時，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（shí）負載（zǎi）顯示功能（例如大隈OSP係統的“當前位置”頁麵（miàn）上不僅可以顯示軸運動的實時位置（zhì）數據，而且還同時顯示各（gè）軸（zhóu）的（de）實時負載百分比（bǐ），用戶（hù）可以利用（yòng）這（zhè）些信息，采取措施來防止事故的發生。
　　進給（gěi）伺服電機的選擇
　　輸出扭（niǔ）矩（jǔ）是進給電機（jī）負載（zǎi）能力的指標。從圖2可見，在連續操作狀態下，輸出扭矩是隨轉速的升高而減少的，電機的（de）性（xìng）能愈好，這種減少值就（jiù）愈小。為進給軸配置電機時應滿足（zú）最高切削速度時（shí）的輸出扭矩。雖然在快速進給時不作切削，負載較小 ，但也應考慮（lǜ）最高快速（sù）進給速度下的起動扭矩 。高（gāo）速時（shí）的輸（shū）出扭矩下（xià）降過多也（yě）會影響進給軸的控製特性。
　　主軸伺服電機的選擇
　　輸（shū）出功率是主（zhǔ）軸電（diàn）機負載能（néng）力的指標。從圖3可見主（zhǔ）軸電機的額定功率是（shì）指在恒功率區（速度N1到N2）內運行時的輸出功率，低於基（jī）本（běn）速度N1時達不到額定功率，速度愈低，輸出功率就愈小。為了滿足主（zhǔ）軸低速時的功（gōng）率要求，一般采用齒輪箱變速，使主軸（zhóu）低速時的電機速度（dù）也在基本速度N1以上，此時，機械結構較為複雜，成本也會相應增（zēng）加（jiā）。在主軸與伺服電機直接連接的數控（kòng）機床中，有兩種方法來滿足主軸低速時的功率要求，其一是選擇（zé）基本速度較低或額（é）定功率高一檔的主軸電機，其二是（shì）采用特種的繞組切換式主軸伺服電機（例如日本大隈的YMF型主軸電機），這種電機的（de）三相繞組在低速運行時接成星形，而在高速運行時接成三角形，從而提（tí）高了主軸電（diàn）機的低速功率特性，降低主軸機械部件的成本。
　　這兒要（yào）特別指出的是，雖然高（gāo）速（sù）加工是提高數控機床生產效率的有效途徑，但高速、高精度切削會給伺服驅動和計算機部件帶來更高的要（yào）求，必然增加數控係統的成本（běn），而高速加工（gōng）的另一個重要應用領域是輕金屬和薄壁零件的加工，所以，應該按機床的實（shí）際需要選擇主軸和進給電機的速度。
　　位置檢測（cè）器件的選擇
　　機械原點是數控機床所（suǒ）有座標係的基準點，機械原點的穩定性是數（shù）控機床極為重要的技術指標，也是穩定加工精度的基本保證，機械原點的建立方法有兩種：
　　在采用相對位置編碼器、感應同步器或光柵作為位置反（fǎn）饋器件的（de）數控機床中，數控係統將各進給軸（zhóu）的回零減速開關（或（huò）標記）之後由位置反饋器件產生的第一個零點標記信號作為基準點（diǎn）。這類（lèi）機床在每次斷（duàn）電或（huò）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相對位置調（diào）整不妥，也會引起機械原點位置的不穩定，這些都是應該重視的；
　　在采用絕對位置編碼器作（zuò）為位（wèi）置反饋器件的數控機床中，絕對位（wèi）置編碼器能夠自（zì）動記憶各進給軸全行程內的每一點位置，不需回零開關，每次斷電或緊急停機後，都不（bú）必重新作基準點的設（shè）定操作。基準點位置（zhì）設定後永久不變，並由專供（gòng）絕對位置（zhì）編碼器使（shǐ）用的存（cún）儲器記憶，特別適（shì）用於鼠牙盤（pán）定位的旋轉工作臺零點（diǎn）位（wèi）置的設定，不僅穩定性好（hǎo），而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施方案，數控機床的機械要求（qiú）和數控係統的（de）功能都很複雜，所以更應機電溝通，揚長避短（duǎn）。下麵舉（jǔ）例說明。

　　例一主（zhǔ）軸轉速的調節有采用伺服電機或變頻電機（jī）實現自動無級調速和用普通三相異步電機驅（qū）動、機械齒（chǐ）輪（lún）分級變速、進行人工換（huàn）檔兩類方法。
　　加工中心機（jī）床使用多種刀具進（jìn）行連續（xù）的不同種類（銑、鑽、鏜和攻（gōng）絲等）的切削加（jiā）工，所以主軸的轉速是經常變化的，而且（qiě）必須由加工程（chéng）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（yòng）帶有定（dìng）向（xiàng）功能的自動無級調速方式。
　　對於（yú）主軸轉速（sù）要求不高的普通數控銑床來說，刀具的更換都是用手動方式進行，而且在加工過程中，同一（yī）把刀具（jù）選擇不同轉速的機會並（bìng）不多見，在手（shǒu）動換刀的同時進行（háng）手動變速（sù）對生產效率的影響並不大，所（suǒ）以經常（cháng）采用機械齒輪分級變速、人（rén）工換檔的控製方式。與采用伺服電機進行無（wú）級調速的方案相比，可以顯著地降（jiàng）低生產成本，節省能源，維修也簡（jiǎn）單，是很實用的選擇。
　　例二使（shǐ）用臥式加工中心對零件進行多麵加工時，往往需要更換夾具並多次裝（zhuāng）卡，必須占用可（kě）貴的機床運行（háng）時間，選（xuǎn）用有雙工位自動托板交換（APC）裝置的臥式加工中心，可（kě）以大大地節省零件裝卡的占機時間，從而提高（gāo）機床的生產效率，而且該功能的控製是由PLC控（kòng）製程序來（lái）完成，除了多用幾個輸入/輸出控製點外，數控係統的（de）成本增加不多，是個功能（néng）/價格比很高的選擇（zé）。
　　例三加工中心機床的換刀時間（jiān）對生產效率有很大影響，而換刀速（sù）度與（yǔ）機械結構有很大的關係。例如，由油缸控製的機械手換刀時間一般在10秒以上（shàng），在2~3秒內能完成換刀動（dòng）作的機械手一般采用伺服電機驅（qū）動，配有凸輪和內外（wài）油（yóu）缸鬆刀機構。與機構不相當的換刀速度，可能使故障率增加。選（xuǎn）擇合理的（de）切削路徑、采用高質量（liàng）的刀具、切削條件的最佳化也是提高（gāo）生產效（xiào）率的重（chóng）要手段，應綜合（hé）考慮。
　　數控功（gōng）能的選擇
　　除基本（běn）功能以外，數控係統還為用戶提供（gòng）多（duō）種可（kě）選功能，各知名品牌的數控係統的基本功能差別不大（dà），所以，合理地選擇適合機床的可選功能，放棄（qì）可有可無或不實用的可選功（gōng）能，對提高產（chǎn）品的功（gōng）能/價（jià）格比大有好處，下麵列舉幾個例子供參考。
　　動（dòng）畫/軌跡顯示功能
　　該功能用於模擬零件加（jiā）工過程，顯示真實刀具在毛坯上的（de）切削路徑，可以選擇直角座標係中的兩個不（bú）同平麵的同時顯示，也可選擇不同視角的三維立體顯示。可以在加工的同時作實時的顯示，也可在機械鎖定的（de）方式下（xià）作加工過程的快速描繪。這是一種檢驗零件（jiàn）加工程序、提高編程效率和實時監視的有效工（gōng）具。
　　軟盤驅動器
　　通過這（zhè）種數（shù）據傳送工具可以將係統（tǒng）中已經調試完畢的加工程序存入（rù）軟盤後存檔，也可以（yǐ）通過它將在其它計算機生成的加（jiā）工程序存入NC係統（tǒng），從而減少（shǎo）加工程序的輸入占機時間，更可以用它作各種機床數據的（de）備份或存儲，給程編和操作人員帶來很大方便。
　　DNC-B通信功能
　　眾所周知，由非圓曲線或曲麵組成的零件加工程序的編製十分困難，通常（cháng）的（de）辦法是借助於通用計算機，將它們（men）細分為（wéi）微小的三維直（zhí）線段後再編寫加工程序，所以程序容（róng）量極大。在模具加工中，這種長（zhǎng）達（dá）幾百K字節（4K字節約等於10米紙（zhǐ）帶長度）的加工程（chéng）序經常遇到，而一般數控係統提供的基本程序存（cún）儲容量為64?128K字節，這給模具加工帶來很大困難。
　　DNC-B通信功能具有兩種工作方式，其一是在個人計算機（jī）和數控係統的加（jiā）工程（chéng）序存儲區之間進行雙向的程序傳送，其二是將個人計算機的加工程序一段一（yī）段地傳送到數控係統的緩（huǎn）衝運行存儲器，邊加工邊傳送，直到加工結（jié）束。這就徹底（dǐ）解決了大容量程序零件的加工問題。雖（suī）然選用這項功能需要增加一定的費用，但它確實是功能（néng）/價（jià）格比很高的選項。
　　當然（rán），選（xuǎn）擇擴充內存容量也是解決曲麵模具加工的有效方法，例如大隈OSP係統的最大（dà）運行緩衝存儲（chǔ）器容量為512K字節。程序存（cún）儲器容量可以擴充到4096K字（zì）節，這（zhè）樣就可以滿足極大部分模具加工（gōng）的需要，與采（cǎi）用DNC-B方式相比，它（tā）的優點是（shì）省去了個人計（jì）算機這個環節，使運行（háng）更加可靠，操作也比較方便。
　　簡化編（biān）程的功能
　　為了提高編（biān）程的效率，縮短加工程序的長度，發（fā）揮程序（xù）存儲（chǔ）器的（de）潛力，數控係統提供了一些簡化程序編製的方法。
　　固定循環
　　將常用的加工工序（例如鑽孔、鏜孔、攻絲及腔體和周邊加（jiā）工等）編寫成（chéng）參（cān）數式的固定循環程序，編程時由用戶填入相應的數（shù）據（如基麵（miàn）、孔深、每次切入量以及主（zhǔ）軸轉速和進給速度等）就可完（wán）成預定的（de）加工工序，並（bìng）可多次重複使用。
　　座標計算功能
　　利用（yòng）數控係統的實（shí）時計算（suàn）能力，將以各種規（guī）則分布的孔加工工序（例如（rú）斜線、圓周和網格等）編（biān）寫成參（cān）數式的（de）固定循環程（chéng）序，編程時由用戶填入相應的數據（如（rú）角度、半徑、孔（kǒng）數、行數和列數等）就可完成（chéng）預定的加工工序。
　　子程序功能
　　用戶可以將零件中多處（chù）用到的同一加工工序編成子程序（xù），在（zài）相應的部位調用（yòng），從而縮短加工程序的長（zhǎng）度。
　　用戶宏程序（xù）
　　用戶可以利用係（xì）統提供的各種（zhǒng）算術、邏輯和函數運（yùn）算符以及各種分支語句，來組成描述加工零件形狀的數學表（biǎo）達式，在程（chéng）序執行過程中，數控係統邊運算，邊輸出結果，用很（hěn）短的程序就可以（yǐ）實現特種曲線和曲麵的加工。
　　剛性攻絲功（gōng）能
　　剛（gāng）性攻絲功能必須采（cǎi）用伺服電機來驅動主軸，不僅要求在主軸上增加位置傳（chuán）感器，而且對主（zhǔ）軸傳動機構的間隙和慣量都有嚴格的（de）要（yào）求，所以不能忽略這個功能的成本。對（duì）用戶來（lái）說，如果沒有特殊的要求（例如高速高精度、特種材料或（huò）大直徑孔加工等），可以（yǐ）采用彈性（xìng）伸縮卡頭，在（zài）一般主軸上進行柔性攻絲來滿足加工要求，就不必選用剛性攻絲功能（néng）。
　　刀具壽命管理功能
　　在加工中心上是否要選（xuǎn）用刀具壽命管理功能，必須考慮加工零件的批（pī）量、刀具和毛坯質量的一致性以及刀庫的容（róng）量等因素，否則，不僅會造成許多人（rén）為的錯誤，影響生產的正常（cháng）進行，而且備用刀具占用的刀位也將大（dà）大（dà）減（jiǎn）少刀（dāo）庫的有效容量，使一些複雜零件因刀位（wèi）不足而無法加工。
　　自動刀具半徑/長度和工件測量功（gōng）能
　　加（jiā）工程序中的刀（dāo）具運動軌跡通常按刀具中心和刀尖編寫，所以（yǐ）在程序執行前必須輸入相應的刀具半徑和長度，這對加工中心（xīn）尤其重（chóng）要。

　　刀具半徑和長度可以用普通的（de）量具手工測量，也可用專門的刀具測量儀測（cè）量。操作者可以通過每（měi）把刀的（de）刀尖（jiān）在Z軸方向相對於機床上同一“對刀麵”的位置差來作（zuò）為（wéi）長度（dù）偏移值進行補償，采用數控係統（tǒng）本身提供的“半自動刀具（jù）長度測（cè）量”功能，輸入相對於“標準刀具”的長度補償值。
　　自動刀具（jù）半徑/長度和工件測量（liàng）功能，需要配備專用的接觸式傳感器及（jí）激光測頭和信號接收器。選用此功能時應明確（què）以下幾點：
　　接觸式傳感器和信號接收器安裝在機床（chuáng）工作區內，它的防護十分（fèn）重要，切削量大，使用噴淋衝洗的機床不宜安（ān）裝（zhuāng）；
　　進行上述測量需要占用機床加工時間，可能影響機床的效率；
　　工件測量功能的一般用途是（shì）測量工件毛坯上作為程編原點的基準孔（kǒng）中心或其它基準點的位置，代替人工“對刀”，它的精度不會高於機床本身的定位精度。