数控系统的配置和功能选择系统

进给伺服电机的选择   

输出扭矩是进给电机负载能力的指标。从图2可见，在连续操作状态下，输出扭矩是随转速的升高而减少的，电机的性能愈好，这种减少值就愈小。为进给轴配置电机时应满足最高切削速度时的输出扭矩。虽然在快速进给时不作切削，负载较小 ，但也应考虑最高快速进给速度下的起动扭矩 。高速时的输出扭矩下降过多也会影响进给轴的控制特性。  

主轴伺服电机的选择   
输出功率是主轴电机负载能力的指标。从图3可见主轴电机的额定功率是指在恒功率区（速度N1到N2）内运行时的输出功率，低于基本速度N1时达不到额定功率，速度愈低，输出功率就愈小。为了满足主轴低速时的功率要求，一般采用齿轮箱变速，使主轴低速时的电机速度也在基本速度N1以上，此时，机械结构较为复杂，成本也会相应增加。在主轴与伺服电机直接连接的数控机床中，有两种方法来满足主轴低速时的功率要求，其一是选择基本速度较低或额定功率高一档的主轴电机，其二是采用特种的绕组切换式主轴伺服电机（例如日本大隈的YMF型主轴电机），这种电机的三相绕组在低速运行时接成星形，而在高速运行时接成三角形，从而提高了主轴电机的低速功率特性，降低主轴机械部件的成本。   

这儿要特别指出的是，虽然高速加工是提高数控机床生产效率的有效途径，但高速、高精度切削会给伺服驱动和计算机部件带来更高的要求，必然增加数控系统的成本，而高速加工的另一个重要应用领域是轻金属和薄壁零件的加工，所以，应该按机床的实际需要选择主轴和进给电机的速度。   

位置检测器件的选择

机械原点是数控机床所有座标系的基准点，机械原点的稳定性是数控机床极为重要的技术指标，也是稳定加工精度的基本保证，机械原点的建立方法有两种：   

在采用相对位置编码器、感应同步器或光栅作为位置反馈器件的数控机床中，数控系统将各进给轴的回零减速开关（或标记）之後由位置反馈器件产生的第一个零点标记信号作为基准点。这类机床在每次断电或紧急停机後都必须重新作各进给轴的回零操作，否则，实际位置可能发生偏移，回零减速开关与其撞块的相对位置调整不妥，也会引起机械原点位置的不稳定，这些都是应该重视的；
  
在采用绝对位置编码器作为位置反馈器件的数控机床中，绝对位置编码器能够自动记忆各进给轴全行程内的每一点位置，不需回零开关，每次断电或紧急停机後，都不必重新作基准点的设定操作。基准点位置设定後永久不变，并由专供绝对位置编码器使用的存储器记忆，特别适用于鼠牙盘定位的旋转工作臺零点位置的设定，不仅稳定性好，而且给操作和调整带来极大方便。
  
机械设计方案的选择   

机床是由机械和电气两部分组成，在设计总体方案时应从机电两方面来考虑机床各种功能的实施方案，数控机床的机械要求和数控系统的功能都很复杂，所以更应机电沟通，扬长避短。下面举例说明。   

例一主轴转速的调节有采用伺服电机或变频电机实现自动无级调速和用普通三相异步电机驱动、机械齿轮分级变速、进行人工换档两类方法。   
加工中心机床使用多种刀具进行连续的不同种类（铣、钻、镗和攻丝等）的切削加工，所以主轴的转速是经常变化的，而且必须由加工程序的S指令自动实现，自动换刀时还必须进行主轴定向，所以必须采用带有定向功能的自动无级调速方式。
  
对于主轴转速要求不高的普通数控铣床来说，刀具的更换都是用手动方式进行，而且在加工过程中，同一把刀具选择不同转速的机会并不多见，在手动换刀的同时进行手动变速对生产效率的影响并不大，所以经常采用机械齿轮分级变速、人工换档的控制方式。与采用伺服电机进行无级调速的方案相比，可以显着地降低生产成本，节省能源，维修也简单，是很实用的选择。
  
例二使用卧式加工中心对零件进行多面加工时，往往需要更换夹具并多次装卡，必须占用可贵的机床运行时间，选用有双工位自动托板交换（APC）装置的卧式加工中心，可以大大地节省零件装卡的占机时间，从而提高机床的生产效率，而且该功能的控制是由PLC控制程序来完成，除了多用几个输入/输出控制点外，数控系统的成本增加不多，是个功能/价格比很高的选择。   

例三加工中心机床的换刀时间对生产效率有很大影响，而换刀速度与机械结构有很大的关系。例如，由油缸控制的机械手换刀时间一般在10秒以上，在2"3秒内能完成换刀动作的机械手一般采用伺服电机驱动，配有凸轮和内外油缸松刀机构。与机构不相当的换刀速度，可能使故障率增加。选择合理的切削路径、采用高质量的刀具、切削条件的最佳化也是提高生产效率的重要手段，应综合考虑。