數控係統的配置和功能選擇（zé）係統是數（shù）控機床的重要組（zǔ）成（chéng）部分，配置什麽樣的（de）數控係統及選（xuǎn）擇哪些數控功能，都是機床生產（chǎn）廠家和最終用戶（hù）所關注的問題（tí）。

    數控係統的配置伺服控製單元的選擇

    數控係統的位置控製（zhì）方式,開環控製（zhì）係統：采（cǎi）用步（bù）進（jìn）電機作為驅動部件，沒有位置和速度反饋器（qì）件，所以控製簡單（dān），價格低廉，但它們的負載能（néng）力小，位置控製精度較差，進給速度較低，主要用於經濟型（xíng）數控裝置；半閉環和閉（bì）環位置控製係統：采用直流或交流伺服電機（jī）作為驅（qū）動（dòng）部件，可以采用內裝於電機內的脈衝編碼器，旋轉變壓器作為位置/速度檢測器件來構成半閉環位置控製係統，也可以采（cǎi）用直接安（ān）裝在工作台的光柵或感應（yīng）同步器作為位置檢測器件，來構成高精度的全閉環位置（zhì）控製係統。
    由於螺距誤差的存在，使得從半（bàn）閉（bì）環係統位置檢測器（qì）反饋的（de）絲杠旋轉角度變（biàn）化量，還不能精確地反映進（jìn）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）們也能達到相當高的位（wèi）置控製精度。與全閉環係統相比，它們的價格較低，安裝在電（diàn）機內部的位置反饋（kuì）器件的（de）密封（fēng）性好，工作（zuò）更加穩（wěn）定可（kě）靠，幾乎無需維修，所以廣泛地應用於各（gè）種類型的（de）數控機床（chuáng）。
    直流伺服電機的控製比較簡單（dān），價格也較低，其主要缺（quē）點是（shì）電機內部具有機械（xiè）換向裝置，碳刷容易磨損，維（wéi）修工（gōng）作量（liàng）大。運行時（shí）易起火花，使電機的轉速（sù）和功（gōng）率的提高較為困難。
    交流伺服電機是無刷結構，幾乎不需（xū）維修，體積相（xiàng）對較小，有利於轉速和功率的提高，目前已在很（hěn）大範圍內取代了直流伺服電機。

    伺服（fú）控製單元的種類
    分離型伺服控製單元，其特點是數控係統和伺服（fú）控製單（dān）元相（xiàng）對獨立（lì），也就是說，它們可以（yǐ）與多種數控係統配用，NC係統給出的指令是與軸運動速（sù）度相關的DC電壓（yā）（例如0-10V），而從機床返回的是與NC係統匹配（pèi）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）。伺服數據（jù）的設定和調整都在（zài）伺服控製單元側進行（用（yòng）電位器調節或通過數字方式輸入）。
    串行（háng）數據（jù）傳輸型伺服控製單元，其特點是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（guò）相（xiàng）應的時鍾信號線、選通信號號、發送數據線、接收數據線（xiàn）、報警信號線傳送。從位置編碼器返回NC裝置的有運動軸的實際位（wèi）置和狀態等信息。
    網絡數據傳輸型伺（sì）服控製單元，其（qí）特點是軸控（kòng）製單元密集安裝（zhuāng）在一起，由一（yī）個公用的DC電源單元供（gòng）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（zhóu）控製單元（子站）的網絡數據處理（lǐ）模塊的SR、ST點串聯（lián），組成伺服控製環。各個軸的位置編碼器與軸控製單元之間是通過二根高速通信線連接，反（fǎn）饋（kuì）的信息（xī）有運動軸（zhóu）位置和相關的狀態信息。
  串行數據傳輸型和網絡數據傳輸型（xíng）伺服控製（zhì）單（dān）元的伺服參數在NC裝置中用數字（zì）設定，開機初始化時裝入（rù）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（kòng）製單元（例如大隈OSP-U10/U100係統）在相應的控製軟件配合下，具有（yǒu）實時的調整能力，例（lì）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的函數，再（zài）以（yǐ）其函數控製高速定位時（shí）的加減速度，從而抑製高速定（dìng）位時（shí）可能引起的（de）振動。定位速度的提高可以縮短非切（qiē）削時間，提高加工效率。又如在Hi-Cut型進（jìn）給速度控製功能中（zhōng），係統可以在讀入零件加工（gōng）程序後，自動識別數控指（zhǐ）令要求加工的零件形狀（圓弧、棱邊（biān）等），自動調節加工速度，使之最佳化，進（jìn）而實現高速高精度加工（gōng）。
    采用高速微處（chù）理器和專用數字（zì）信號處理機（DSP）的全數（shù）字化交流伺服係統出現後，硬件伺服控製變為軟件伺服（fú）控製，一些現代控製（zhì）理論的先進（jìn）算法（fǎ）得到實現（xiàn），進而大大地提高了伺服係統的控製性能（néng）。
    伺服（fú）控製單元是數控係統中與機械（xiè）直（zhí）接相關聯的（de）部件，它（tā）們的（de）性能與機（jī）床的切削速度和位（wèi）置精度關係很大，其價格也占數控係統（tǒng）的（de）很大部分。相對來說，伺服部件的故障率也（yě）較高，約占（zhàn）電氣故障的70%以（yǐ）上，所以選配伺服控製單元十分重要。
    伺服故障除了與伺服控（kòng）製單元的（de）可靠性有關外，還與機（jī）床的使用環境、機械狀況（kuàng）和（hé）切削條件密切（qiē）相關。例如環境溫度過高，易引起器件過熱而損壞（huài）；防護不嚴可能（néng）引起電機進水，造成短路；導軌和絲杠潤滑不好或切削負（fù）荷過重會引起電機過（guò）流。機械傳動機構卡死更會引起功（gōng）率（lǜ）器件的損壞，雖然伺服控製單（dān）元本身有一定的過載保護能力，但是故（gù）障情況嚴重（chóng）或者多次發生時，仍然會使器件（jiàn）損壞。有些數控係統具（jù）有（yǒu）主軸和進給軸的實時負載顯示功能（例（lì）如大隈OSP係統的“當前位置”頁麵上不僅可以（yǐ）顯示軸（zhóu）運動的實時位（wèi）置（zhì）數（shù）據，而且還（hái）同（tóng）時顯（xiǎn）示各軸的實時負載百分比，用戶可以利用（yòng）這些信息，采取措施來（lái）防（fáng）止事故的發生。

     進給伺服電機的選擇
    輸出扭矩是進給電機負載能力（lì）的指標。在連續操作狀態下，輸出扭矩是隨轉速的升高而減少的，電（diàn）機的性能愈好，這種減（jiǎn）少值就愈小。為進給（gěi）軸配置電機時應滿足（zú）最高（gāo）切削速度時的（de）輸（shū）出扭矩。雖然在快速進給時不作切（qiē）削，負載較小，但也應考慮最高快速進給速度（dù）下的起動扭矩。高速時的輸出扭矩下降過（guò）多也會影響進給軸的控製特性。

    位置檢（jiǎn）測器（qì）件的選擇
   機（jī）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（jī）床極為重要的技術指標，也是穩定加工精度（dù）的（de）基本保證，機械原點的建立方法有兩種：
    在采用相對位置編（biān）碼器、感應同步（bù）器或光柵作為位（wèi）置反饋器件的數控機床中，數控（kòng）係統將各進給軸的回零減速開關（或標記）之後由位置反饋器件產生的第一個零點標記信（xìn）號作為基準點。這類機床在（zài）每次斷電或緊急停機（jī）後都必（bì）須重新作各進給（gěi）軸（zhóu）的回零操作，否（fǒu）則，實際位置可能發生偏移，回零減速開關與其（qí）撞塊的相對位置調整（zhěng）不妥，也會引起機械（xiè）原點（diǎn）位置的不穩定，這些都是應該重視的；
    在采（cǎi）用絕對位置編碼器作為位置反饋器件（jiàn）的數控機床中，絕（jué）對（duì）位置編碼器能（néng）夠自動記憶各進給軸全行程內的每一（yī）點位置，不需回零開關（guān），每次斷電或緊急停機後，都不必重新作基準點的設定（dìng）操作（zuò）。基準點位置設定後永久不變，並由專供絕對位（wèi）置編碼器使用的存儲器記憶，特別（bié）適用於鼠牙（yá）盤定位的旋轉工作台零（líng）點位置的設定，不僅穩定性好，而且給操作和調整帶來極大方（fāng）便。

    機械設計方案的選擇
    機床是（shì）由機（jī）械和電氣兩部分組成，在設（shè）計總體方案時應從機電兩方麵來考慮機（jī）床各種功能的實施方（fāng）案，數控（kòng）機床的機（jī）械要求和數控係統的功能都很複雜，所（suǒ）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（shí）現（xiàn）自動無級調速和用普通三相異（yì）步電機驅動（dòng）、機（jī）械齒輪分級變速、進行人工換檔兩類（lèi）方法（fǎ）。
    加工中心機床（chuáng）使用多種刀（dāo）具進行連續的不同種類（銑、鑽、鏜和攻絲等）的切削加工，所以主軸的轉速是經常變化的（de），而且必須由加工程序的S指令自動實現，自動換刀時還必須進（jìn）行主軸定向，所以必須采用帶有（yǒu）定（dìng）向功能的自動無級（jí）調速（sù）方式。
    對（duì）於主軸轉速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（ér）且在加工過程中，同一把刀具選擇不同轉速的機會並不多（duō）見，在（zài）手動換刀的同時（shí）進行手動變速對生產效（xiào）率的影（yǐng）響並（bìng）不大，所以經常采用機（jī）械齒輪分級變速、人工換檔的（de）控製方式。與采用伺服電機進行無級調速的方案（àn）相比，可以顯著（zhe）地降低生產成（chéng）本，節省能源，維修（xiū）也簡單，是很實用的選擇（zé）。
    例二使用臥式（shì）加（jiā）工中心對零件進行多麵加工（gōng）時，往往需要更（gèng）換夾具並多次裝卡，必須（xū）占（zhàn）用可貴的機床運行（háng）時（shí）間，選用有雙工位自（zì）動托板交換（APC）裝置的臥式加工（gōng）中心，可以大大地（dì）節（jiē）省零件裝卡的占機時間，從而提高機床的生產效率，而且（qiě）該功能的控製是由PLC控製程序來完成，除了多用幾個輸入/輸出控製點外，數控係統的成本增加不多，是個功能/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，在2~3秒內能完成換刀動作的機械手一般采用伺服（fú）電機驅動，配有凸輪和內外油缸鬆刀機構。與機構不相當的（de）換刀速度，可能使（shǐ）故障率增加（jiā）。選擇合理的切削路徑（jìng）、采用高質（zhì）量的刀具、切削條件的最佳化也是提高（gāo）生（shēng）產效率的重要手段，應綜合考慮。