现代数控机床一般由输入（输出）设备、数控装置、伺服单元、驱动装置（或称执行单元）、可编程控制器（PLC）、辅助装置、机床主体及测量装置组成。图1-2是数控机床的组成框图，其中除机床主体之外的部分称为CNC系统。
图1-2 CNC系统
输入装置的作用是将程序载体上的数控代码传送并存入数控装置内。目前，数控机床的输入装置有键盘、磁盘驱动器、光电阅读机等，其相应的程序载体为磁盘。
各种类型数控机床中最直观的输出装置是显示器，有CRT显示器或彩色液晶显示器两种。输出装置的作用是：数控系统通过显示器为操作人员提供必要的信息。显示的信息是正在编辑的程序、坐标值、报警信号等。
因此，输入（输出）装置是机床数控系统和操作人员进行信息交流所必须具备和必要的交互设备。
数控装置（或称计算机数控装置）是计算机数控系统的核心，它接受的是输入装置送来的脉冲信号。信号通过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，使其进行规定的、有序的动作。这些控制信号中最基本的信号是经插补运算决定的各坐标轴（即作进给运动的各执行部件）的进给速度、进给方向和位移量指令（送到伺服驱动系统驱动执行部件作进给运动），其他还有主轴的变速、换向和启停信号，选择和交换刀具的刀具指令信号，控制冷却液、润滑油启停，工件和机床部件松开、夹紧，分度工作台转位的辅助指令信号等。
数控装置主要包括微处理器（CPU）、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与CNC系统的其他组成部分联系的接口等。
数控装置的作用是，接收由加工程序等送来的各种信息，并经处理和分配后，向驱动机构发出执行的命令。在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，经处理后，发出新的执行命令。
伺服单元接收来自数控装置的速度和位移指令。这些指令经变换和放大后通过驱动装置转变成执行部件进给的速度、方向和位移。因此，伺服单元是数控装置与机床主体的联系环节，它把来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接收指令的不同，伺服单元有脉冲式单元和模拟式单元之分。伺服单元就其系统而言又有开环系统、半闭环系统和闭环系统之分，其工作原理亦有差别。
驱动装置把经过放大的指令信号变为机械运动，通过机械连接部件驱动机床工作台，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，加工出形状、尺寸与精度都符合要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电动机、交流伺服电动机等。
伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，用以实施计算机数控装置的指令，所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。从某种意义上说，数控机床的功能主要取决于数控装置，而数控机床的性能主要取决于伺服驱动系统。
可编程控制器亦称可编程逻辑控制器（PLC—programmable logic controller）。
数控机床的控制是通过CNC和PLC的谐调配合来完成的。其中CNC主要完成与数字运算和管理有关的功能，如零件程序的编辑、插补运算、译码、位置伺服控制等。PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，而没有轨迹上的具体要求。它接收CNC的控制代码M（辅助功能）、S（主轴转速）、T（选刀、换刀）等顺序动作信息，对顺序动作信息进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些辅助动作。它还接收机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送到数控装置，用于加工过程的控制。
数控机床的PLC一般分为两类：一类是内装型，将CNC和PLC综合起来设计，即PLC是CNC装置的一部分；另一类是独立型PLC。
检测装置的作用是通过测量装置将机床移动的实际位置、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到CNC装置中，使CNC能随时判断机床的实际位置、速度是否与指令一致，并发出相应指令，纠正所产生的误差。测量装置安装在数控机床的工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛。
辅助控制装置包括刀库的转位换刀，在加工中心上还有工件自动交换、工件自动夹紧和放松机构，液压泵、冷却泵等控制接口电路，电路含有的换向阀电磁铁、接触器等强电电气元件。现代数控机床可采用可编程控制器进行控制，所以辅助装置的控制电路变得十分简单。
机床主体是机械结构的实体，与普通机床相比，它的整体布局、外观造型、传动机构、工具系统、操作机构都发生了很大的变化。具体归纳如下。
（1）主传动系统。采用高性能主传动及主轴部件，具有传递功率大、刚度高、抗震性好及热变形小的优点。
（2）床身及导轨。数控车床的车身除了采用传统的铸造床身.外，也有采用加强钢筋或钢板焊接等结构，以减轻其结构重量，提高其刚度。
（3）机械传动机构。除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外，数控车床已在原普通车床传动链的基础上，作了大幅度的简化，如取消了挂轮箱、进给箱、滑板箱及其绝大部分传动机构，而仅保留了纵、横进给的螺纹传动机构（一般采用滚珠丝杠螺母副），并在驱动电动机至丝杠间增设了（少数车床未增设）可消除其侧隙的齿轮副，保证传递运动精度高。
（4）刀架。刀架是自动转位刀架的简称，它是数控车床普遍采用的一种最简单的自动换刀设备。由于自动转位刀架上的各种刀具不能按加工要求自动进行装、卸，故它只能属于自动换刀系统中的初级形式，不能实现真正意义上的自动换刀。
（5）外形。采用全封闭的罩壳，以保证加工的安全性。
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