1.2.1 CNC機床的組成

CNC機床是帶有嵌入式計算機的數控機床。硬件數控機床的控制功能是由其控制系統內的電氣元件功能決定的。而CNC機床的控制功能是在制造數控系統時通過程序代碼形式存入計算機，在CNC機床關機時，存在只讀存儲器（ROM）中。CNC機床由信息輸入、數控裝置、伺服驅動及檢測反饋裝置、機床本體和機電接口五大部分組成。

圖1-1所示為三坐標數控銑床的組成，它是由X、Y、Z三個坐標來實現刀具和工件間的相對運動的立式數控銑床。

1.信息輸入

這一部分是數控機床的信息輸入通道，加工零件的程序和各種參數、數據通過輸入設備送進數控裝置。早期的輸入方式為穿孔紙帶、磁帶。目前較多采用軟盤；在生產現場，特別是一些簡單的零件程序都采用按鍵、配合顯示器（CRT）的手動數據輸入（MDI）方式；手搖脈沖發生器輸入多用于調整機床和對刀時使用；通過通信接口，可由上位機輸入。

2.數控裝置

數控裝置是由中央處理單元（CPU）、存儲器、總線、輸入輸出接口和相應的軟件構成的專用計算機，它接收到輸入信息后，經過譯碼、軌跡計算（速度計算）、插補運算和補償計算，再給各個坐標的伺服驅動系統分配速度、位移指令。這一部分是數控機床的核心。整個數控機床的功能強弱主要由這一部分決定。數控裝置具備的主要功能如下：

1）多軸聯動、多坐標控制。

2）實現多種函數的插補（直線、圓弧、拋物線、螺旋線、極坐標、樣條等）。

3）多種程序輸入功能（人機對話、手動數據輸入、由上級計算機及其他輸入設備的程序輸入），以及編輯和修改功能。

4）信息轉換功能：包括EIA/ISO代碼轉換、米制/寸制轉換、坐標轉換、絕對值/增量值轉換等。

5）補償功能：刀具半徑補償、刀具長度補償、傳動間隙補償、螺距誤差補償等。

6）多種加工方式選擇。可以實現各種加工循環、重復加工、凸凹模加工和鏡像加工等。

7）具有故障自診斷功能。

8）顯示功能。用CRT可以顯示字符、軌跡、平面圖形和動態三維圖形。

9）通信和聯網功能。

3.伺服驅動及檢測反饋裝置

伺服驅動裝置又稱為伺服系統，它接收計算機運算處理后分配來的信號。該信號經過調解、轉換、放大以后去驅動伺服電動機，帶動機床的執行部件運動；并且隨時檢測伺服電動機或工作臺的實際運動情況，進行嚴格的速度和位置反饋控制。數控機床的伺服驅動裝置分為主軸驅動單元（主要是速度控制）、進給驅動單元（包括速度控制和位置控制）、回轉工作臺和刀庫伺服控制裝置以及它們相應的伺服電動機等。伺服系統分為直流伺服系統和交流伺服系統，而交流伺服系統正在取代直流伺服系統；以步進電動機驅動的伺服系統在某些具體場合仍可采用；直線電動機系統是適應高速、高精度的一種伺服機構。在伺服系統中還包括安裝在伺服電動機上（或機床的執行部件上）的速度、位移檢測元件及相應電路，該部分能及時將信息反饋回來，構成閉環控制（交流數字閉環控制中還包括電流檢測反饋）。常用檢測裝置有測速發電機、旋轉變壓器、脈沖編碼器、感應同步器、光柵、磁性檢測元件、霍爾檢測元件等。一般來說，數控機床的伺服系統應具有很好的快速響應性能，以及能夠靈敏而準確地跟蹤指令的功能。所以，伺服驅動及檢測反饋是數控機床的關鍵環節。

4.機床本體

機床本體包括機床的主運動部件、進給運動部件、執行部件和基礎部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺（刀架）、導軌等。數控機床與普通機床不同，它的主運動及各個坐標軸的進給運動都由單獨的伺服電動機（無級變速）驅動，所以它的傳動鏈短、結構比較簡單。普通機床上各個傳動鏈之間有復雜的齒輪聯系，在數控機床上改由計算機來協調控制各個坐標軸之間的運動關系。為了保證數控機床的快速響應特性，在數控機床上普遍采用精密滾珠絲杠、直線滾動導軌副、摩擦特性良好的滑動（貼塑）導軌副。為了保證數控機床的高精度、高效率和高自動化加工，機床的機械結構應具有較高的動態特性、動態剛度、阻尼精度、耐磨性以及抗熱變形性能。在加工中心上還具有刀庫和自動交換刀具的機械手。同時還有一些良好的配套設施，如冷卻裝置、自動排屑裝置、防護裝置、可靠的潤滑裝置、程編機和對刀儀等，以利于充分發揮數控機床的功能。

5.機電接口

數控機床除了實現加工零件輪廓軌跡的數字控制外，還有許多其他的控制，如主軸的起停，自動換刀，切削液開、關，工件的夾緊、松開，各種輔助交流電動機的起停，電磁鐵的吸合、釋放，離合器的開、合，電磁鐵的通、斷，電磁閥的打開與關閉等。這些邏輯開關量的動力來源是由電源變壓器、控制變壓器、各種斷路器、保護開關、接觸器及熔斷器等組成的強電線路提供的，而這種強電線路不能與低壓下工作的控制電路或弱電線路直接連接，只能通過斷路器、熱動開關、中間繼電器等轉換成直流低壓下工作的觸點的開、合（關）工作，成為繼電器邏輯電路或可編程序控制器（Programmable Logic Controller,PLC）可接收的信號。

以上這些都屬于數控裝置和機床之間的接口問題，統稱為機電接口。解決這些問題，首先要知道機床上有哪些動作，其次是這些動作的先后順序，以及它們之間的邏輯（聯鎖、互鎖等）關系等。