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數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，配置什麼樣的數(shù)控系統(tǒng)及選擇哪些數(shù)控功能，都是機床生產(chǎn)廠家和最終用戶所關(guān)注的問題。<BR> 數(shù)控統(tǒng)的配置 伺服控制單元的選擇 數(shù)控系統(tǒng)的位置控制方式 </P><P> 開環(huán)控制系統(tǒng):采用步進電機作為驅(qū)動部件，沒有位置和速度反饋器件，所以控制簡單，價格低廉，但它們的負載能力小，位置控制精度較差，進給速度較低，主要用于經(jīng)濟型數(shù)控裝置；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作為驅(qū)動部件，可以采用內(nèi)裝於電機內(nèi)的脈沖編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置/速度檢測器件來構(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的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測器件，來構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。 <BR> 由于螺距誤差的存在，使得從半閉環(huán)系統(tǒng)位置檢測器反饋的絲杠旋轉(zhuǎn)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(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)對螺距誤差的補償後，它們也能達到相當(dāng)高的位置控制精度。與全閉環(huán)系統(tǒng)相比，它們的價格較低，安裝在電機內(nèi)部的位置反饋器件的密封性好，工作更加穩(wěn)定可靠，幾乎無需維修，所以廣泛地應(yīng)用于各種類型的數(shù)控機床。 <BR> 直流伺服電機的控制比較簡單，價格也較低，其主要缺點是電機內(nèi)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(zhuǎn)速和功率的提高較為困難。<BR> 交流伺服電機是無刷結(jié)構(gòu)，幾乎不需維修，體積相對較小，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。 </P><P> 伺服控制單元的種類 </P><P> 分離型伺服控制單元，其特點是數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制單元相對獨立，也就是說，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動速度相關(guān)的DC電壓（例如0?10V），而從機床返回的是與NC系統(tǒng)匹配的軸運動位置檢測信號（例如編碼器?感應(yīng)同步器等輸出信號）。伺服數(shù)據(jù)的設(shè)定和調(diào)整都在伺服控制單元側(cè)進行（用電位器調(diào)節(jié)或通過數(shù)字方式輸入）。 <BR> 串行數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元，其特點是NC系統(tǒng)與伺服控制單元之間的數(shù)據(jù)傳送是雙向。與軸運動相關(guān)的指令數(shù)據(jù)、伺服數(shù)據(jù)和報警信號是通過相應(yīng)的時鐘信號線、選通信號號、發(fā)送數(shù)據(jù)線、接收數(shù)據(jù)線、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置和狀態(tài)等信息。 <BR> 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元，其特點是軸控制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(luò)數(shù)據(jù)處理模塊的連接點SR、ST與各個軸控制單元（子站）的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊的SR、ST點串聯(lián)，組成伺服控制環(huán)。各個軸的位置編碼器與軸控制單元之間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(guān)的狀態(tài)信息。 <BR> 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，開機初始化時裝入伺服控制單元，修改和調(diào)整都十分方便。 <BR> 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，具有實時的調(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)控制高速定位時的加減速度，從而抑制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時間，提高加工效率。又如在Hi-Cut型進給速度控制功能中，系統(tǒng)可以在讀入零件加工程序後，自動識別數(shù)控指令要求加工的零件形狀（圓虎棱邊等），自動調(diào)節(jié)加工速度，使之最佳化，進而實現(xiàn)高速高精度加工。 <BR> 采用高速微處理器和專用數(shù)字信號處理機（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)檐浖欧刂疲恍┈F(xiàn)代控制理論的先進算法得到實現(xiàn)，進而大大地提高了伺服系統(tǒng)的控制性能。 <BR> 伺服控制單元是數(shù)控系統(tǒng)中與機械直接相關(guān)聯(lián)的部件，它們的性能與機床的切削速度和位置精度關(guān)系很大，其價格也占數(shù)控系統(tǒng)的很大部分。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，所以選配伺服控制單元十分重要。 <BR> 伺服故障除了與伺服控制單元的可靠性有關(guān)外，還與機床的使用環(huán)境、機械狀況和切削條件密切相關(guān)。例如環(huán)境溫度過高，易引起器件過熱而損壞；防護不嚴(yán)可能引起電機進水，造成短路；導(dǎo)軌和絲杠潤滑不好或切削負荷過重會引起電機過流。機械傳動機構(gòu)卡死更會引起功率器件的損壞，雖然伺服控制單元本身有一定的過載保護能力，但是故障情況嚴(yán)重或者多次發(fā)生時，仍然會使器件損壞。有些數(shù)控系統(tǒng)具有主軸和進給軸的實時負載顯示功能（例如大隈OSP系統(tǒng)的“當(dāng)前位置”頁面上不僅可以顯示軸運動的實時位置數(shù)據(jù)，而且還同時顯示各軸的實時負載百分比，用戶可以利用這些信息，采取措施來防止事故的發(fā)生。 </P><P> 進給伺服電機的選擇</P><P> 輸出扭矩是進給電機負載能力的指標(biāo)。從圖2可見，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，電機的性能愈好，這種減少值就愈校為進給軸配置電機時應(yīng)滿足最高切削速度時的輸出扭矩。雖然在快速進給時不作切削，負載較小，但也應(yīng)考慮最高快速進給速度下的起動扭矩。高速時的輸出扭矩下降過多也會影響進給軸的控制特性。</P><P> 主軸伺服電機的選擇</P><P> 輸出功率是主軸電機負載能力的指標(biāo)。從圖3可見主軸電機的額定功率是指在恒功率區(qū)（速度N1到N2）內(nèi)運行時的輸出功率，低于基本速度N1時達不到額定功率，速度愈低，輸出功率就愈校為了滿足主軸低速時的功率要求，一般采用齒輪箱變速，使主軸低速時的電機速度也在基本速度N1以上，此時，機械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本也會相應(yīng)增加。在主軸與伺服電機直接連接的數(shù)控機床中，有兩種方法來滿足主軸低速時的功率要求，其一是選擇基本速度較低或額定功率高一檔的主軸電機，其二是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，從而提高了主軸電機的低速功率特性，降低主軸機械部件的成本。 <BR> 這兒要特別指出的是，雖然高速加工是提高數(shù)控機床生產(chǎn)效率的有效途徑，但高速、高精度切削會給伺服驅(qū)動和計算機部件帶來更高的要求，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)該按機床的實際需要選擇主軸和進給電機的速度．<BR>
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