本项目主要对数控机床的主要部件及其功用加以阐述，使学习者对数控机床作进一步了解，为下一步熟悉各种数控机床并具备操作技能打好机床结构方面的基础。
项目一 数控机床坐标系
一、数控机床坐标系的作用
数控机床坐标系是为了确定工件在机床中的位置，机床运动部件特殊位置及运动范围，即描述机床运动，产生数据信息而建立的几何坐标系。通过机床坐标系的建立，可确定机床位置关系，获得所需的相关数据。
二、数控机床坐标系确定依据
数控机床坐标系的确定依据为国际上统一的ISO841标准。
三、数控机床坐标系确定方法
1、假设：工件固定，刀具相对工件运动。
2、标准：右手笛卡儿直角坐标系——拇指为 X 向，食指为 Y 向，中指为 Z 向。如图 1 所示。
3、顺序：先 Z 轴，再 X 轴，最后 Y 轴。
Z 轴——机床主轴；
X 轴——装夹平面内的水平向；
Y 轴——由右手笛卡儿直角坐标系确定。
4、方向：退刀即远离工件方向为正方向。如图 2 、 3 所示。
围绕X、Y、Z各轴的回转运动及其正方向+A、+B、+C分别用其正方向右手定则判定。直角坐标系X、Y、Z 又称主坐标系或第一坐标系，如有第二组坐标系和第三组坐标系平行于 X、Y、Z，则分别指定为U、V、W和 P、Q、R。
四、数控机床坐标系坐标原点
数控机床坐标系坐标原点是指机床上设置的一个固定的点，它在机床装配、调试时就已经确定下来了，是数控机床进行运动加工的基准参考点，一般取在机床运动方向的最远点。
项目二 数控系统
一、数控系统的组成与作用
1、数控系统的组成
计算机数控系统（简称 CNC 系统）由程序、输入输出设备、CNC 装置、可编程控制器（ PLC ）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成，如图 4 为 CNC 系统组成框图。
2、数控系统的作用
数控系统接受按零件加工顺序记载机床加工所需的各种信息，并将加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化，同时进行相应的运算、处理，然后发出控制命令，使刀具实现相对运动，完成零件加工过程。
二、数控系统工作过程
如图 2-15 所示（图中的虚线框为CNC单元），一个零件程序的执行首先要输入CNC中，经过译码、数据处理、插补、位置控制，由伺服系统执行CNC输出的指令以驱动机床完成加工。
CNC系统的主要工作包括以下内容 ：
1、输入
零件程序及控制参数、补偿量等数据的输入，可采用光电阅读机、键盘、磁盘、连接上级计算机的DNC 接口、网络等多种形式。CNC装置在输入过程中通常还要完成无效码删除、代码校验和代码转换等工作。
2、译码
不论系统工作在MDI方式还是存储器方式，都是将零件程序以一个程序段为单位进行处理，把其中的各种零件轮廓信息(如起点、终点、直线或圆弧等)、加工速度信息(F 代码)和其他辅助信息(M、S、T代码等)按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用单元。在译码过程中，还要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误便立即报警。
3、刀具补偿
刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。通常CNC装置的零件程序以零件轮廓轨迹编程，刀具补偿作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。目前在比较好的CNC装置中，刀具补偿的工件还包括程序段之间的自动转接和过切削判别，这就是所谓的C刀具补偿。
4、进给速度处理
编程所给的刀具移动速度，是在各坐标的合成方向上的速度。速度处理首先要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标的分速度。在有些CNC装置中，对于机床允许的最低速度和最高速度的限制、软件的自动加减速等也在这里处理。
5、插补
插补的任务是在一条给定起点和终点的曲线上进行“ 数据点的密化 ”。插补程序在每个插补周期运行一次，在每个插补周期内，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。通常，经过若干次插补周期后 ，插补加工完一个程序段轨迹，即完成从程序段起点到终点的“数据点密化”工作。
6、位置控制
位置控制处在伺服回路的位置环上， 这部分工作可以由软件实现， 也可以由硬件完成。它的主要任务是在每个采样周期内，将理论位置与实际反馈位置相比较， 用其差值去控制伺服电动机。在位置控制中通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。
7、I/0 处理
I/O 处理主要处理CNC装置面板开关信号，机床电气信号的输入、输出和控制(如换刀、换挡、冷却等) 。
8、显示
CNC装置的显示主要为操作者提供方便，通常用于零件程序的显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示等。有些CNC装置中还有刀具加工轨迹的静态和动态图形显示。
9、诊断
对系统中出现的不正常情况进行检查、定位，包括联机诊断和脱机诊断。
三、数控系统要求、类型及性能评价指标
1、对数控系统的要求
（ 1 ）高效 要求数控系统有较高的工作速度，能迅速进行复杂信息、数据的处理与计算，以适应数控加工高效要求。
（ 2 ）稳定性 数控系统应有稳定的工作过程，使数据处理、运算正确无误，从而保证数控加工正常而高精度。
（ 3 ）可靠性 数控系统的工作应有高的可靠性，使其长时期连续工作而不出现故障。
（ 4 ）开放性 数控系统应具有良好开放性，使其功能的修改、扩充、适应性，即功能的开发与升级能方便地实现。
2、数控系统类型
数控系统从其发展阶段来看，可分为两种类型：以电子管、晶体管、集成电路为特征的硬线连接数控系统，即NC系统；
以小型计算机、微处理器、工控PC机为特征的软件数控系统，即CNC系统，现今使用的均为CNC系统。
3、数控系统性能评价指标
数控系统的性能评价指标是指数控系统的主要参数、功能指标及关键部件的功能水平等方面，可参见表 1 。
四、常见数控系统
数控机床配置的数控系统不同，其功能和性能也有很大差异。就目前应用来看，FANUC(日本)、SIEMENS(德国)、FAGOR(西班牙)、HEIDENHAIN(德国)、MITSUBISHI(日本)等公司的数控系统及相关产品 ， 在数控机床行业占据主导地位；我国数控产品以华中数控、航天数控为代表，也已将高性能数控系统产业化。
项目三 数控机床的主传动系统
一、主传动系统作用
数控机床主传动系统的作用就是产生不同的主轴切削速度以满足不同的加工条件要求。
二、对主传动系统的基本要求
1、有较宽的调速范围
可增加数控机床加工适应性，便于选择合理切削速度使切削过程始终处于最佳状态。
2、有足够的功率和扭矩
使数控加工方便实现低速时大扭矩，高速时恒功率，以保证加工高效率。
3、有足够的传动精度
各零部件应具有足够精度、刚度、抗振性，使主轴运动高精度，从而保证数控加工高精度。
4、噪声低，运动平稳
使数控机床工作环境良好、宜人。
三、主传动系统的变速方式
1、采用变速齿轮传动
如图 6 所示， 采用少数几对齿轮降速，用液压拨叉自动变速，电机主轴仍为无级变速，并实现主轴的正反启动、停止、制动。该方式扭矩大，噪声大，一般用于较低速加工。
2、采用同步齿形带传动
采用直流或交流主轴伺服电机，由同步齿形带传动至主轴， 如图 7 所示 。该方式主轴箱及主轴结构简单，主轴部件刚性好；传动效率高、平稳、噪声小；不需润滑；但由于输出扭矩小，低速性能不太好，在中档机床中应用较多。
3、采用主轴电机直接驱动
亦称一体化主轴、电主轴，由主轴电机直接驱动，电机、主轴合二为一，主轴为电机的转子， 如图 8 所示 。该方式处理好散热、润滑非常关键，一般应用于高速机床。
四、主轴部件
1、轴承
数控机床主轴轴承的支承形式、轴承材料、安装方式均不同于普通机床，其目的是保证足够的主轴精度。
2、主轴准停装置
满足刀具交换时，刀柄键槽位置必须固定的要求。
3、自动夹紧和切屑清除装置
自动夹紧一般由液压或气压装置予以实现；而切屑清除则是通过设于主轴孔内的压缩空气喷嘴来实现，其孔眼分布及其角度是影响清除效果的关键。
4、润滑与冷却
低速时，采用油脂、油液循环润滑；高速时采用油雾、油气润滑方式。主轴的冷却以减少轴承及切割磁力线发热，有效控制热源为主。
