1.1數控技術的發展歷程1.2數控機床的結構1.3數控機床控制系統1.4進給運動控制（插補）1.5開關量（順序）控制1.1數控技術的發展歷程數控(NC)階段（１９５２－１９７０年）計算機數控(CNC)階段（１９７０－至今）

控制介質1.2數控機床的結構

輸入裝置

數控裝置

驅動裝置和檢測裝置

機床本體

輔助控制裝置基本結構圖基本結構圖基本結構圖控制介質

數控機床工作時必須編制加工程序，而加工程序需存儲在控制介質上，常用的控制介質有穿孔帶、磁帶和磁盤等。輸入裝置輸入裝置的作用是將控制介質上的數控代碼傳遞并存入數控系統內。輸入裝置根據控制介質的不同分為光電閱讀機、磁帶機和軟盤驅動器。數控裝置

數控裝置是數控機床的中樞。數控裝置從內部存儲器中取出或接收輸入裝置送來的一段或幾段數控加工程序，經過數控裝置的邏輯電路或系統軟件進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規定的有序運動和動作。驅動裝置和檢測裝置驅動裝置包括控制器（含功率放大器）和執行機構。執行機構大都采用直流或交流伺服電動機。驅動裝置接收來自數控裝置的指令信息，經功率放大后，嚴格按照指令信息的要求驅動機床的移動部件，以加工出符合圖樣要求的零件。檢測裝置將數控機床各坐標軸的實際位移量檢測出來，經反饋系統輸入到機床的數控中。數控裝置將反饋回來的實際位移量值與設定值進行比較，控制驅動裝置按指令值運動。輔助控制裝置輔助控制裝置包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑裝置的啟停，工件和機床部件的松開、夾緊，分度工作臺轉位分度等開關輔助動作。輔助控制裝置的主要作用是接收數控裝置輸出的開關量指令信號，經過編譯、邏輯判別和運算，再經功率放大后驅動相應的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規定的開關量動作。輔助控制裝置普遍使用PLC。機床本體數控機床的機床本體與傳統機床相似，只是在整體布局、外觀造型、傳動系統、刀具系統的結構以及操作機構等方面發生了很大的變化。控制介質輸入裝置數控裝置機床驅動裝置輔助控制裝置檢測裝置數控機床的基本結構圖1.3數控機床控制系統

系統組成圖

數控裝置（CNC）

進給伺服系統

主軸伺服系統

機床強電控制系統數控機床電氣控制系統組成圖數控裝置（CNC）數控裝置是數控機床電氣控制系統的控制中心。它能夠自動地對輸入的數控加工程序進行處理，將數控加工程序信息按兩類控制量分別輸出：一類是連續控制量，送往伺服系統；另一類是離散的開關控制量，送往機床強電控制系統，從而協調控制機床各部分的運動，完成數控機床所有運動的控制，實現數控機床的加工過程。

進給伺服系統進給伺服系統由進給軸伺服電機(一般內裝速度和位置檢測器件)和進給伺服裝置組成。進給伺服系統驅動機床各坐標軸的切削進給，提供切削過程中所需要的轉矩、運轉速度。主軸伺服系統主軸伺服系統包括主軸電機(含速度檢測器件)和主軸伺服裝置，實現對主軸轉速的調節控制，有的主軸伺服裝置還含有主軸定向控制功能。

機床強電控制系統

包括可編程控制器控制系統和繼電器接觸器控制系統。機床強電控制系統，除了對機床輔助運動和輔助動作(包括電動系統、液壓系統、氣動系統、冷卻箱及潤滑油箱等)的控制外，還包括對保護開關、各種行程極限開關和操作盤上所有元件(包括各種按鍵、操作指示燈、波段開關)的檢測和控制。在機床強電控制系統中，可編程控制器(PLC)可替代機床上傳統的強電控制中大部分機床電器，從而實現對潤滑、冷卻、氣動、液壓和主軸換刀等系統的邏輯控制。

1.4進給運動控制（插補）

按運動軌跡分類

按伺服系統分類按運動軌跡分類

點位控制系統

直線控制系統

輪廓控制系統

示意圖

示意圖

示意圖數控鉆床點位控制示意圖點位控制系統只是精確地控制刀具相對工件從一個坐標點移動到另一個坐標點，移動過程中不進行任何切削加工，點與點之間移動軌跡、速度和路線決定了生產率的高低。為了提高加工效率，保證定位精度，系統采用“快速趨近，減速定位”的方法實現控制。這類數控機床有數控鉆床、數控鏜床和數控沖床等。

數控銑床直線控制示意圖直線控制系統不僅要求具有準確的定位功能，而且要控制兩點之間刀具移動的軌跡是一條直線，且在移動過程中刀具能以給定的進給速度進行切削加工。直線控制系統的刀具運動軌跡一般是平行于各坐標軸的直線；特殊情況下，如果同時驅動兩套運動部件，其合成運動的軌跡是與坐標軸成一定夾角的斜線。這類數控機床有數控車床、數控鏜銑床等。

數控線切割機床加工示意圖輪廓控制系統能同時控制兩個或兩個以上坐標軸，需要進行復雜的插補運算，即根據給定的運動代碼指令和進給速度，計算刀具相對工件的運動軌跡，實現連續控制。這類數控機床有數控車床、數控銑床、數控線切割機床、數控加工中心等。按伺服系統分類

開環控制系統

半閉環控制系統

閉環控制系統

系統框圖

系統框圖

系統框圖開環控制系統框圖開環控制系統沒有檢測反饋裝置，以步進電機作為驅動元件，由步進驅動裝置和步進電機組成。在開環控制系統中，CNC裝置輸出的指令脈沖經驅動電路進行功率放大，控制步進電機轉動，再經機床傳動機構帶動工作臺移動。這類系統結構簡單、價格低廉，調試和維修都比較方便，但無位置閉環控制，精度主要取決于步進電機及傳動機構的精度，因而精度較差。半閉環控制系統框圖

半閉環控制系統位置檢測裝置安裝在電動機或絲杠軸端，通過角位移的測量，間接測量機床工作臺的實際位置，并與CNC裝置的指令值進行比較，用差值進行控制。半閉環控制系統以交、直流伺服電機作為驅動元件，由位置比較、速度控制、伺服電機等組成。

閉環控制系統框圖閉環控制系統位置檢測裝置安裝在機床工作臺上，直接測量工作臺的實際位移，并與CNC裝置的指令值進行比較，用差值進行控制。閉環控制系統以交直流伺服電機作為驅動元件，用于高精度設備的控制。1.5開關量（順序）控制輸入接口接收機床操作面板各開關、按鈕的信號，分為

輸出接口將機床各種工作狀態燈的信息送到機床操作面板，把控制機床動作的信號送到強電柜，分為