隨著科學技術的發展，機械制造技術有了深刻的變化。由于社會對產品多樣化的需求更加強烈，多品種、中小批量生產的比重明顯增加，采用傳統的普通加工設備已難以適應高效率、高質量、多樣化的加工要求。機床數控技術的應用，大大縮短了機械加工的前期準備時間，并使機械加工的全過程自動化水平不斷提高，同時也增強了制造系統適應各種生產條件變化的能力。

    數控機床的基本組成包括加工程序、輸入裝置、數控系統、伺服系統、輔助控制裝置、反饋系統及機床本體。加工程序可由人工編寫(如車床數控系統加工簡單工件時)，復雜的加工要求可在計算機上進行繪圖(如銑床及加工中心加工曲面工件時)，然后生成加工程序。程序的輸入可由數控系統的面板進行手工輸入，也可通過計算機的通訊口用電纜進行傳輸，也可以用計算機USB接口進行傳輸。

    在選購數控機床時可從三個方面考慮，首先是機床本體能否符合自己的加工要求，機床的質量如何。其次是數控系統，數控系統有很多種類，選擇合適的系統是選購數控機床的關鍵。最后是驅動單元，也是機床控制的關鍵，不同的驅動單元能達到的加工精度也不一樣，在選擇驅動單元時，要根據加工的工件的精度要求選擇合適的驅動單元。

    以下從數控系統及驅動單元兩個方面進行分析：

一 數控系統的選配

    數控系統是數控機床的“大腦”，對機床控制信息進行運算及處理。根據數控系統的原理可分為經濟型數控系統和標準型數控系統兩大類。

1. 經濟型數控系統

    經濟型數控系統從控制方法來看，一般指開環數控系統，具有結構簡單、造價低、維修調試方便、運行維護費用低等優點，但受步進電機矩頻特性及精度、進給速度、力矩三者之間相互制約，性能的提高受到限制。所以，經濟型數控系統常用于數控線切割及一些速度和精度要求不高的經濟型數控車床、銑床等，在普通機床的數控化改造中也得到廣泛的應用。

開環數控系統是指數控系統本身不帶位置檢測裝置，由數控系統送出一定數量和頻率的指令脈沖，由驅動單元進行機床定位。開環系統在外部因素影響的情況下，機床不動作或動作不到位，但系統已當機床到達了指定位置，此時機床的加工精度將大大降低。但因其結構簡單、反應迅速、工作穩定可靠、調試及維修均很方便，加之價格十分低廉，因此目前在國內至今仍有最大的市場。

2. 標準型數控系統

    標準型數控系統包括半閉環數控系統和全閉環數控系統。

    半閉環數控系統一般指機床的伺服電機的位置信號(光電編碼器)反饋到數控系統，系統能自動進行位置檢測和誤差比較，可對部分誤差進行補償控制，因此其控制精度比開環數控系統要高，但比全閉環的數控系統要低。

    全閉環數控系統除包括機床的伺服電機的位置反饋外，還有機床工作臺的位置檢測裝置(通常用光柵尺)的位置信號反饋到系統，從而形成全部位置隨動控制，系統在加工過程中自動檢測并補償所有的位置誤差。

    全閉環數控系統的加工精度是最高的，但這種系統的調試、維修極其困難，而且系統的價格很高，只適用于中、高檔的數控機床上。

    因為開環控制系統的價格比閉環控制系統要低得多，因此在選擇數控系統時，要考慮數控系統占整臺數控機床的價格成本比例，然后根據機床的配置情況及機床本身的要求，中、低檔機床采用開環控制系統，中、高檔機床采用閉環控制系統。

二 驅動單元的選配

    驅動單元包括驅動裝置和電機兩部分，對驅動單元的選購主要在于驅動裝置的選擇，因為電機是通用的部件，性能差別只存在于不同的廠家和型號。

    驅動電機主要可分為：反應式步進驅動電機、混合式(也稱永磁反應式)步進驅動電機和伺服驅動電機三大類。

    反應式步進驅動電機的轉子無繞組，由被勵磁的定子繞組產生反應力矩實現步進運行?；旌鲜讲竭M電機的轉子用永久磁鋼，由勵磁和永磁產生的電磁力矩實現步進運行。步進電機受脈沖的控制，通過改變通電的順序可改變電機的旋轉方向，改變脈沖的頻率可改變電機的旋轉速度。步進電機有一定的步距精度，沒有累積誤差。但步進電機的效率低，拖動負載的能力不大，脈沖當量不能太大，調速范圍不大。目前步進電機可分為兩相、三相、五相等幾種，常用的是三相步進電機，如廣州數控的DY3A即是三相混合式步進驅動器。在過去很長一段時間里，步進電機占很大的市場，但目前正逐步為伺服電機所取代。

    目前常用的伺服電機是交流伺服電機，在電機的軸端裝有光電編碼器，通過檢測轉子角度用以變頻控制。從最低轉速到最高轉速，伺服電機都能平滑運轉，轉矩波動小。伺服電機有較長的過載能力，有較小的轉動慣量和大的堵轉轉矩。伺服電機有很小的啟動頻率，能很快從最低轉速加速到額定轉速。

    采用交流伺服電機作為驅動器件，可以和直流伺服電機一樣構成高精度，高性能的半閉環或閉環控制系統。由于交流伺服電機內是無刷結構，幾乎不需維修，體積相對較小，有利于轉速和功率的提高。目前已經在很大范圍內取代了直流伺服電機。采用高速微處理器和專用數字信號處理機(DSP)的全數字化交流伺服系統出現后，原來的硬件伺服控制變為軟件伺服控制，一些現代控制理論中的先進算法得到實現，進而大大地提高了伺服系統的性能，因此伺服單元能較大的提高加工效率及加工精度，但伺服驅動單元的價格也較高。隨著伺服控制技術的逐步提高，目前伺服驅動單元正逐步成為驅動單元的主力軍，伺服驅動單元的價格也在逐步減低。

    伺服驅動器有兩種。一種采用脈沖控制方式，此種驅動器與電機閉環，但不反饋到數控系統，這種驅動器在某種程度上可稱為開環控制的伺服控制。另一種采用電壓控制方式，通過電壓的高低進行電機的轉速控制，電機的反饋信號通過驅動器反饋到數控系統進行位置控制。

    選擇驅動單元時，也要考慮驅動單元的價格在整臺數控機床中的比例。整臺數控機床價格較低的一般選擇步進驅動單元，而價格較高的機床選擇伺服驅動單元。但選擇驅動單元的同時，也要考慮驅動單元與數控系統的匹配問題，選擇閉環控制系統時必須選擇閉環的伺服驅動單元。交流伺服系統在許多性能方面都優于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機。所以，在控制系統的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控制電機。

三 功能選擇

    以上是根據數控系統的加工精度進行考慮，除此以外，還要從數控系統的功能選擇上考慮。

1. 控制軸

    數控系統控制軸的數量也是選擇的關鍵?？刂戚S可分為直線進給軸和旋轉軸，按控制軸的數量可分為兩軸聯動、三軸聯動、多軸聯動等?？刂戚S的數量越多，機床所能加工的形狀越復雜，但其成本就越高。目前車床一般用兩個直線移動軸聯動，有時會附加一個直線移動軸或旋轉軸。銑床一般用三個直線移動軸聯動，有時會附加一個直線移動軸或旋轉軸。高檔的系統則聯動的軸更多，代表機床制造業最高境界的是五軸聯動數控機床系統，其中三個軸為直線移動軸，兩個旋轉軸，五軸聯動時可加工出復雜的空間曲面。當然這需要高檔的數控系統、伺服系統以及軟件的支持，對機床的要求也極高。

    控制軸越多，數控系統的價格成幾何級數增長。因此，在選擇數控系統時，要根據機床本身的運動軸進行選擇，多余的控制軸并不能提高機床的控制精度，反而增加了數控系統的成本。

2. 圖形顯示

     系統的圖形顯示功能，該功能用于模擬零件加工過程，顯示真實刀具在毛坯上的切削路徑，可以選擇直角坐標系中的二個不同平面，也可選擇不同視角的三維立體，可以在加工的同時作實時的顯示，也可在機械鎖定的方式下作加工過程的快速描繪，是一種檢驗零件加工程序，提高編程效率和實時監視的有效工具。

3. DNC傳輸功能

    眾所周知，由非圓曲線或面組成的零件加工程序的編制是十分困難的，通常的辦法是借助于通用計算機的計算，將它們細分為微小的三維直線段組成的加工程序，在模具加工中這種長達幾百KB的加工程序是經常遇到的，而一般數控系統提供的程序存儲容量為64~128KB，這給模具加工帶來很大困難。DNC通訊功能具有兩種工作方式，其一是一次地將通用計算機中的程序傳送到數控系統的加工程序的存儲區內(如果它的容量足夠大的話)，其二是將通用計算機中的程序一段一段地傳送到數控系統的緩沖存儲器中，邊加工邊傳送，直到加工結束。徹底解決了大容量程序零件的加工問題，雖然選用這項功能需要增加一定的費用，但它確實是一項實用功能，因此建議在選擇數控系統時將DNC傳輸功能選做必備功能。

4. 剛性攻絲

    攻螺紋是數控機床的一項常用功能，到底采用什么方式是一個值得考慮的問題。剛性攻螺紋功能必須采用伺服電機驅動主軸，不僅要求在主軸上增加一個位置傳感器，而且對主軸傳動機構的間隙和慣量都有嚴格地要求，電氣設計和調整也有一定的工作量，所以這個功能的成本是不能忽略的。對用戶來說，如果可以通過采用彈性縮卡頭進行柔性攻螺紋，或者機床本身的轉速并不高時，就不必選用剛性攻螺紋功能。

    上述這類問題在數控機床的功能配置時是經常遇到的，作為一個數控機床的設計和銷售人員必須清楚了解數控系統的各種功能用途，根據機床的實際情況為用戶配置經濟合理、功能和價格比都比較高的數控機床，減少不必要的浪費。