数控机床进给传动系统
一．进给传动体系图
纵向和横向进给传动体系图
二．体系图的重要构造和功用
电念头：
1. 步进电念头
步进电念头是一种将电脉冲旌旗灯号转换成机械角位移的驱动元件。步进电
念头是一种特别的电念头，一般电念头通电后都是持续迁移转变的，而步进电念头则有定位与运转两种状况。当有一个电脉冲输入时，步进电念头就反转展转一个固定的角度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电念头称为步进电念头。又因为它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电念头。当电脉冲持续赓续地输入，步进电念头便跟随脉冲一步一步地迁移转变，步进电念头的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时光上与输入脉冲同步。是以，只需控制输入脉冲的数量、频率及电念头绕组的通电次序，便可获得所需转角、转速和偏向。在无脉冲输入时，步进电念头的转子保持原有地位，处于定位状况。步进电念头的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角可以或许控制，并且有必定的精度，常用作开环进给伺服体系的驱动元件。与闭坏体系比拟，它没有地位速度反馈回路，控制体系简单，成本大年夜大年夜降低，与机床配接轻易，应用便利，因而在对精度、速度请求不十分高的中小型数控机床上获得了广泛地应用。
2. 直流伺服电念头
因为数控机床对进给伺服驱动装配的请求较高，而直流电念头具有优胜的调速特点，是以在半闭坏、闭坏伺服控制体系中，获得较广泛地应用。直流进给伺服电念头就其工作道理来说，固然与通俗直流电念头雷同。然而，因为机械加工的特别请求，一般的直流电念头是不克不及知足须要的。起首，一般直流电念头转子的迁移转变惯量过大年夜，而其输出转矩则相对较小。如许，它的动态特点就比较差，尤其在低速运转前提下，这个缺点就更凸起。在进给伺服机构中应用的是经由改进构造，进步其特点的大年夜功率直流伺服电念头，重要有以下两种类型：
（1）小惯量直流电念头。重要构造特点是其转子的迁移转变惯量尽可能小，是以在构造上与通俗电念头的最大年夜不合是转子做成细长形且滑腻无槽。以此表示为转子的迁移转变惯量小，仅为通俗直流电念头的1/10阁下。是以，响应特别快，机电时光常数可以小于10 ms，与通俗直流电念头比拟，转矩与惯量之比要大年夜出40~50倍。且调速范围大年夜，运转安稳，实用于频繁起动与制动，请求有快速响应（如数控钻床、冲床等点定位）的场合。但因为其过载才能低，并且电念头的自身惯量比机床响应活动部件的惯量小，是以应用时都要经由一对中心齿轮副，才能与丝杠相连接，在某些场合也限制了它广泛地应用。
（2）大年夜惯量直流电念头。又称宽调速直流电念头，是在小惯量电念头的基本上成长起来的。在构造上和惯例的直流电念头类似，其工作道理雷同。当电枢线圈经由过程直流电流时，就会在定子磁场的感化下，产生带动负载扭转的电转矩。小惯量电念头是从减小电念头迁移转变转量来进步电念头的快速性，而大年夜惯量电念头则是在保持一般直流电念头迁移转变惯量的前提下，尽量进步转矩的办法来改良其动态特点。它既具有一般直流电念头便于调速、机械特点较好的长处，又具有小惯量直流电念头的快速响应机能。是以，可归纳为以下特点： 1）转子惯量大年夜。这种电念头的转子具有较大年夜的惯量，轻易与机床匹配。可以和机床的进给丝杠直接连接，省掉落了减速机构，故可使机床构造简单，即避免了齿轮等传念头构产生的噪声和振动，又进步了加工精度。
2）低速机能好。这种电念头低速时输出转矩大年夜，能知够数控机床经常在低速进给时进给量大年夜、转矩输出大年夜的特点，如能在1 r/min甚至0.1 r/min下安稳运转。
3）过载才能强、动态响应好。因为大年夜惯量直流电念头的转子有槽，热容量大年夜，同时采取了冷却办法后，进步了散热才能。是以可以过载运行30分钟。别的，电念头的定子采取矫顽力很高的铁氧体永磁材料，可使电念头过载10倍而不会去磁，这就明显地进步了电念头的刹时加快力矩，改良了动态响应，加减速特点好。
4）调速范围宽。这种电念头机械特点和调速特点的线性度好，所以调速范
围宽而运转安稳。一般调速范围可达1∶10000以上。
大年夜惯量直流电念头尽管有上述长处，但仍有不如其它驱动元件的处所，如运行调剂不如步进电念头简便；快速响应机能不如小惯量电念头。这种驱动体系可直接接有高精度检测元件，如一些测量转速和转角等检测元件，实现半闭坏、闭环伺服体系的准肯定位。
3. 交换伺服电念头
尽管直流伺服电念头具有优良的调速机能，但直流电念头存在着弗成避免的缺点：它的电刷和换向器易磨损，需经常保护；别的换向时易产生火花，使电机的最高转速受到限制，也使应用情况受到限制。并且，直流电念头构造复杂，制造成本高。
跟着大年夜范围集成电路、计算机控制技巧及现代控制理论的成长与应用，80年代交换伺服驱动技巧取得了冲破性地进展，使得交换伺服电念头具备了调速范围宽、稳速、精度高、动态响应快以及其它优胜的技巧机能。交换电念头转子惯量较直流电念头小，动态响应更好，在一般同样体积下，交换电念头的输出功率可比直流电念头进步10%~70%，是以交换电念头可选得大年夜一些，以达到更高的电压与转速。
交换伺服电念头采取了全封闭无刷构造，不须要按期检查与维修定子，省去了锻造件壳体，比直流电念头在外形尺寸上削减了50%，重量减轻近60%，转子惯量减至20%。定子铁芯较一般电念头开槽多且深，绝缘靠得住，磁场平均。还可对定子铁芯直接冷却，散热后果好。因而传给机械部分的热量少，进步了全部体系的靠得住性。转子采取具有周详磁极外形的永远磁铁，可获得高的转矩/惯量比。是以交换伺服电念头可获得比直流伺服电念头更硬的机械机能和宽的调速范围，交换伺服以其高的机能、大年夜容量获得了广泛地应用。
交换伺服电念头进步机能的关键在于解决对交换电念头的调速控制与驱动。对交换伺服电念头的调速，今朝用得较多的是计算机对交换电念头磁场作矢量变换控制，其基来源基本理是把交换电念优等效为直流电念头，从而使交换电念头像直流电念头一样进行有效地控制。
数控进给传动构造：
在数控机床进给驱动体系中常用的机械传动装配重要有：滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆-蜗母条、预加载荷双齿轮-齿条及双导程蜗杆等。
1. 滚珠丝杠螺母副传动
为了进步数控机床进给体系的快速响应机能和活动精度，必须削减活动件的摩擦阻力和动静摩擦力之差。为此，在中小型数控机床中，滚珠丝杠螺母副是采取最广泛的构造。
(1）滚珠丝杠副的工作道理。滚珠丝杠副是反转展转活动与直线活动互相转换的新型传动装配，是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。其构造道理示意如图，图中丝杠和螺母上都加工有弧形螺旋槽，将它们套装在一路时，这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成了螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。当丝杠相对于螺母扭转时，滚珠则既自转又沿着滚道流动。为了防止滚珠从螺母中滚出来，在螺母的滚道两端用返回装配（又称回珠器）连接起来，使滚珠滚动数圈后分开滚道，经由过程返回装配返回其进口持续参加工作，如斯来去轮回滚动。
（2）滚珠丝杠副的特点。由以上滚珠丝杠螺母副传动的工作过程，可以明显看出滚动丝杠副的丝杠与螺母之间是经由过程滚珠来传递活动的，使之成为滚动摩擦，这是滚珠丝杠差别于通俗滑动丝杠的关键地点，其特点重要有以下几点：1）传动效力高。滚珠丝杠副的传动效力高达95%~98%，是通俗梯形丝杠的3~4倍，功率消费削减2/3~3/4.
2）灵敏度高、传动安稳。因为是滚动摩擦，动静摩擦系数相差极小。是以低速不易爬行，高速传动安稳。
3）定位精度高、传动刚度高。用多种办法可以清除丝杠螺母的轴向间隙，使反向无空行程，定位精度高，恰当预紧后，还可以进步轴向刚度。
4）不克不及自锁、有可逆性。即能将扭转活动转换成直线活动，也能将直线活动转换成扭转活动。是以丝杠在垂直状况应用时，应增长制动装配或均衡块。 5）制造成本高。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度及外面粗拙度等请求高，制造工艺较复杂，成本高。
（3）滚珠丝杠副的轮回方法。
常用的轮回方法有两种：滚珠在轮回反向过程中，与丝杠滚道离开接触的称为外轮回；而在全部轮回过程中，滚珠始终与丝杠各外面保持接触的称为内轮回。
外轮回回流方法内轮回回流方法
1）、外轮回
外轮回是滚珠在轮回过程停止后经由过程螺母外表的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间从新进入轮回。
如图3-7所示，外轮回滚珠丝杠螺母副按滚珠轮回时的返回方法重要有端盖式、插管埋入式、插管凸起式和螺旋槽式。
如图3-7（a）所示为端盖式。在螺母末尾加工出以纵向孔，作为滚珠的回程管道，螺母两端的盖板上开有滚珠的回程口，滚珠由此进入回程管，形成轮回。
如图3-7（b）所示为插管式。它用弯管作为返回管道，在螺母外圆上装有螺旋形的插管口，其两端接入滚珠螺母工作始末两端孔中，以引导滚珠经由过程插管，形成滚珠的多圈轮回链。这种情势构造简单，工艺性好，承载才能较高，但径向尺寸较大年夜。今朝应用最为广泛，也可用于重载传动体系中。
如图3-7（c）所示为螺旋槽式。它在螺母的外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹管道相切，形成返回通道，这种构造径向尺寸较小，但制造较复杂。
2）、内轮回
如图3-8所示为内轮回滚珠丝杠。内轮回均采取反向器实现滚珠轮回，它靠螺母上安装的反向器接通相邻两滚道，形成一个闭合的轮回回路，使滚珠成单圈轮回。反向器2的数量与滚珠圈数相等，一般有2—4个，且沿圆周等疏分布。这种类型的构造紧凑，刚度好，滚珠流畅性好，摩擦损掉小效力高；实用于高灵敏、高精度的进给体系，不宜用于重载传动，且制造较艰苦。
反向器有两种类型：圆柱凸键反向器和扁圆镶块反向器。
如图3-8（a）所示为圆柱凸键反向器，他的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽。反向槽靠圆柱外圆面及其上端的圆键定位，以包管对准螺纹滚道偏向。
如图3-8（b）所示为扁圆镶块反向器，反向器为一般圆头平键形镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽，用镶块的外轮廓定位。
两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的径向尺寸及缩短了轴向尺寸。但这种反向器的外轮廓和螺母上的切槽尺寸精度请求较高。
滚珠丝杠的螺旋滚道型面
螺旋滚道型面（即滚道法向截形）的外形有多种，常见的截形有单圆弧型面和双圆弧型面两种。
如图3-9所示为螺旋滚道型面的简图，图中钢球与滚道外面在接触点处的公法线与螺纹轴线的垂线间的夹角称为接触角α，幻想接触角α=45°。
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（4）滚珠丝杠副轴向间隙调剂和预紧办法
滚珠丝杠副的轴向间隙，是指负载时滚珠与滚道型面接触的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和，它直接影响其传动刚度和精度。
（5）滚珠丝杠副的应用防护。
滚珠丝杠副和其它滚动摩擦的传动元件一样，如有硬质的尘土或切屑等脏物落进滚道，就会妨碍滚珠的运转并加快磨损，是以有效地防护密封和保持润滑油的干净就显得十分须要。常用的防尘密封装配有密封圈和防护罩相结合，密封圈系在滚珠螺母的两端，和丝杠直接接触，其材料有毛毡圈、耐油橡皮或尼龙等，防尘后果好。但有接触压力、摩擦力矩增长的现象，所以有时采取非接触式、由聚氯乙烯等塑料制成的迷宫密封圈。
对于裸露在外面的丝杠一般采取伸缩套筒式、折叠式的塑料或人造革等情势的防护罩，以防止空气中尘埃或粘附在丝杠外面。
滚珠丝杠副和通俗滑动丝杠螺母副一样，要用润滑剂来进步耐磨性及传动效力。润滑剂可分为润滑油或润滑脂两大年夜类。润滑油可采取一般机械油或90~180号透平油或140号主轴油，经由壳体上的油孔而注入螺纹的空间内。润滑脂可采取锂基油脂，油脂则加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内。
2. 其它进给传念头构
（1）静压蜗杆-蜗母条传动。蜗杆-蜗母条机构是丝杠螺母机构的一种特别情势，蜗杆可看作长度很短的丝杠，蜗母条则可看作一个很长的螺母沿轴向剖开后的一部分。
液体静压蜗杆-蜗母条机构是在蜗杆-蜗母条的啮合齿面间注入压力油，以形成必定厚度的油膜，使两啮合面形成液体摩擦，特别合适重型数控机床的进给传动体系。进给伺服电念头经由过程联轴器与蜗杆相联，产生扭转活动。蜗母条与活动部件（工作台）相联，以获得来去直线活动。这种情势常用于龙门式铣床的工作台进给驱动。
（2）双齿轮-齿条传动。齿轮-齿条是行程较长的大年夜型数控机床上常用的进给传动情势。实用于传动刚性请求高，传动精度不太高的场合。采取齿轮-齿条传动时，必须采撤清除齿侧间隙的办法。平日采取两个齿轮2，3与齿条啮合的办法，专用的预加载机构使两齿轮以相反偏向预转过渺小的角度，使两齿轮分别与齿条的两侧齿面贴紧，从而清除间隙。
（3）双导程蜗杆传动。为了扩大年夜工艺范围，进步临盆效力，数控机床除了直线进给活动之外，还有圆周进给活动。可由反转展转工作台来实现，其进给传动一般采取蜗轮-蜗杆传动。用于这种传动的蜗轮-蜗杆除应有较高的制造精度和装配精度外，还要采取必定的办法来清除蜗轮-蜗杆副的传动间隙，平日的办法是双导程蜗杆传动。它的啮合道理与通俗蜗杆-蜗轮传动无本质的差别，差别在于蜗杆的阁下齿面具有不合的节距（导程），而同侧齿面的节距（导程）是相等
的，各齿中心点节距L
0（导程）也是相等的。如左侧齿面的节距为L
l
= L
-△L
时，而右侧齿面的节距为L
r = L
+△L，比左侧都大年夜了2△L的数值，这就
会造成蜗杆的齿面从左到右逐渐变厚。与之啮合的蜗杆则和通俗蜗轮一样，当蜗杆沿轴向向左移动时，啮合间隙逐渐减小直至清除。
3、进给传动导轨
导轨是伺服进给体系的重要环节之一，它对数控机床的刚度、精度与精度保持性等有侧重要地影响，现代数控机床的导轨，对导向精度、精度保持性、摩擦特点、活动安稳性和灵敏度都有更高地请求，在材料和构造上起了“质”地变更，已不合于通俗机床的导轨。
1. 塑料滑动导轨
为了进一步降低通俗滑动导轨的摩擦系数，防止低速爬行，进步定位精度，为此在数控机床上广泛采取塑料作为滑动导轨的材料，使本来铸铁-铸铁的滑动变为铸铁-塑料或钢-塑料的滑动。
（1）塑料软带。也称聚四氟乙烯导轨软带，导轨材料是以聚四氟乙烯为基体，参加青铜粉、二硫化钼和石墨等填充剂混淆烧结，并做成软带状，厚度约1.2mm。
塑料软带用特别的粘结剂粘贴在短的或动导轨上，它不受导轨外形的限制，各类组合外形的滑动导轨均可粘贴；导轨各个面，包含下压板面和镶条也均可以粘贴。
因为这类导轨软带采取粘贴的办法，习惯上也称为“贴塑导轨”。
（2）塑料涂层。是以环氧树脂为基体，参加铁粉、二硫化钼和胶体石墨，参加增塑剂，混淆成液膏状为一组份，与固化剂为另一组份，而构成的双组份塑料涂层。
因为这类涂层导轨采取涂刮或注入膏状塑料的办法，习惯上也称为“涂塑导轨”或“注塑导轨”。
（3）塑料导轨的特点。
1)摩擦特点好。实验注解，铸铁-淬火钢或铸铁-铸铁导轨副的动、静摩擦系数相差较大年夜，近一倍。而金属-聚四氟乙烯导轨软带（Turcite-B、TSF）的动、静摩擦系数根本不变，并且摩擦系数很低。这种优胜的摩擦特点能防止低速爬行，使机床运行安稳，以获得高的定位精度。
2)耐磨性好。除摩擦系数低外，塑料资估中含有青铜、二硫化钼和石墨，是以其本身具有自润滑感化，对润滑油的供油量请求不高，采取间歇式供油即可。别的，塑料质地较软，即使嵌入渺小的金属碎屑、尘土等，也不致于毁伤金属导轨面和软带本身，可延长导轨的应用寿命。
3)减振性好。塑料的阻尼机能好，其减振消声的机能对进步摩擦副的相对活动速度有很大年夜的意义。
4)工艺性好。可降低对塑料结合的金属基体的硬度和外面质量，并且塑料易于加工（铣、刨、磨、刮），使导轨副接触面获得优胜的外面质量。
除此之外，塑料导轨还以其优胜的经济性、构造简单、成本低，今朝在数控机床上获得广泛地应用。
2. 滚动导轨
滚动导轨是在导轨工作面之间安装滚动体（滚珠、滚柱和滚针），与滚珠丝杠的工作道理类似，使两导轨面之间形成的摩擦为滚动摩擦。动、静摩擦系数相差极小，几乎不受活动速度变更的影响。
直线滚动导轨是今朝最风行的一种新情势。直线滚动导轨重要由导轨体、滑块、滚珠、保持器、端盖等构成。临盆厂把滚动导轨的预紧力调剂恰当，成组安装，所以这种导轨又称为单位式直线滚动导轨。应用时，导轨固定在不活动部件上，滑块固定在活动部件上。当滑块沿导轨体移动时，滚珠在导轨和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并经由过程端盖内的滚道，从工作负荷区到非工作负荷区，然后再滚动到工作负荷区，赓续轮回，从而把导轨体和滑块之间的移动变成了滚珠的滚动。为防止尘土和脏物进入导轨滚道，滑块两端及下部均装有塑料密封垫，滑块还有润滑油注油杯。滚动导轨的最大年夜长处是摩擦系数小，比塑料导轨还小；活动简便灵活，灵敏度高；低速活动安稳性好，不会产生爬行现象，定位精度高；耐磨性好，磨损小，精度保持性好；且润滑体系简单，为此滚动导轨在数控机床上获得广泛地应用。然则，滚动导轨的抗振性较差，构造复杂，对脏物较敏感，必须要有优胜的防护办法。
3. 静压导轨
静压导轨是在两个相对活动的导轨面间通入压力油，使活动件浮起。工作过程中，导轨面上油腔中的油压能跟着外加负载的变更主动调节，以均衡外负荷，包管导轨面始终处于纯液体摩擦状况。
静压导轨的摩擦系数极小（约为0.0005），功率消费少，因为体系液体摩擦，故导轨不会磨损，因而导轨的精度保持性好，寿命长。油膜厚度几乎不受速度的影响，油膜承载才能大年夜、刚性好、吸振性优胜，导轨运行安稳，既无爬行，也不产生振动。但静压导轨构造复杂，并须要有一个具有优胜过滤后果的液压装配，制造成本较高。今朝，静压导轨较多地应用在大年夜型、重型数控机床上。
三、数控机床对传动体系的请求
为确保数控机床进给体系的传动精度和工作安稳性等，在设计机械传动装配时，提出如下请求。
1、高传动精度与定位精度
数控机床进给传动装配的传动精度和定位精度对零件的加工精度起着关键性的感化，对采取步进电念头驱动的开环控制体系尤其如斯。无论对点位、直线控制体系，照样轮廓控制体系，传动精度和定位精度都是表征数控机床机能的重要指标。设计中，经由过程在进给传动链中参加减速齿轮，以减小脉冲当量，预紧传动滚珠丝杠，清除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，可达到进步传动精度和定位精度的目标。由此可见，机床本身的精度，尤其是伺服传动链和伺服传念头构的精度，是影响工作精度的重要身分。
2．宽的进给调速范围
伺服进给体系在承担全部工作负载的前提下，应具有很宽的调速范围，以适应各类工件材料、尺寸和刀具等变更的须要，工作进给速度范围可达3~6000mm/min。为了完成周详定位，伺服体系的低速趋近速度达0.1mm/min；为了缩短帮助时光，进步加工效力，快速移动速度应高达15m/min。在多坐标联动的数控机床上，合成速度保持常数，是包管外面粗拙度请求的重要前提；为包管较高的轮廓精度，各坐标偏向的活动速度也要配合适当；这是对数控体系和伺服进给体系提出的合营请求。
3．响应速度要快
所谓快速响应特点是指进给体系对指令输入旌旗灯号的响应速度及瞬态过程停止的敏捷程度，即跟踪指令旌旗灯号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要知足请求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进行单步或持续移动，在运行时不出现丢步或多步现象。进给体系响应速度的大年夜小不仅影响机床的加工效力，并且影响加工精度。设计中应使机床工作台及其传念头构的刚度、间隙、摩擦以及迁移转变惯量尽可能达到最佳值，以进步进给体系的快速响应特点。
4．无间隙传动
进给体系的传动间隙一般指反向间隙，即反向逝世区误差，它存在于全部传动链的各传动副中，直接影响数控机床的加工精度；是以，应尽量清除传动间隙，减小反向逝世区误差。设计中可采撤清除间隙的轴节及有清除间隙办法的传动副
等办法。
5、稳定性好、寿命长
稳定性是伺服进给体系可以或许正常工作的最根本的前提，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变更而不产生共振。稳定性与体系的惯性、刚性、阻尼及增益等都有关系，适被选择各项参数，并能达到最佳的工作机能，是伺服体系设计的目标。所谓进给体系的寿命，重要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时光长短，及各传动部件保持其本来制造精度的才能。设计中各传动部件应选择合适的材料及合理的加工工艺与热处理办法，对于滚珠丝杠和传动齿轮，必须具有必定的耐磨性和合适的润滑方法，以延长其寿命。6．大年夜的转矩输出
机床加工大年夜多在低速时进行重切削，则请求低速时进给驱动要有大年夜的转矩输出。为此，需缩短进给驱动传动链，简化机械构造，加强体系刚性，进步传动精度。
7、机床可逆运行。
可逆运行请求能灵活地正反向运行。在加工过程中，机床工作台处于随机状况，根据加工轨迹的请求，随时都可能实现正向或反向活动。同时请求在偏向变更时，不该有反向间隙和活动的损掉。从能量角度看，应当实现能量的可逆转换，即在加工运行时，电念头从电网接收能量变为机械能：在制动时应把电念头的机械惯机能量变为电能回馈给电网，以实现快速制动。
8、减小活动惯量
活动部件的惯量对私服机构的启动和制动特点都有影响尤其是处于高速运转的零部件，惯量的影响更大年夜。是以在知足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小活动部件的质量，减小扭转零件的直径和质量，以减小活动部件的惯量。
9、减小摩擦阻力
为了进步数控机床进给体系的快速反响机能和精度，必须减小活动部件的摩擦阻力和动、静摩擦力之差。为知足上述请求，在数控机床进给体系中，广泛采取滚珠丝杆螺母副、静压丝杆螺母副，滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。在减小摩擦阻力的同时，还必须推敲传动部件要有适度的阻尼，以保持体系的稳定性。
（9、10 ：数控机床的机械构造与维修）
10.应用保护便利
数控机床属高精度主动控制机床，重要用于单件、中小批量、高精度及复杂件的临盆加工，机床的开机率响应就高，是以，进给体系的构造设计应便于保护和保养，最大年夜限度地减小维修工作量，以进步机床的应用率。
11、高谐振
为了进步进给的抗振性，应使机械构件具有较高的固有频率和合适的阻尼，一般请求进给体系的固有频率应高于伺服驱动体系的固有频率2~3倍。
四、进给体系的装配
装配的概念
装配是按规定的技巧请求,将零件或部件进行合营和接洽,使之成为半成品或成品的工艺过程。整机装配是临盆过程中的最后一个阶段 ,它包含装配、调剂、考验和实验等工作 ,且产品的最终质量由装配包管。
装配工艺配合法切实其实定
装配的工艺配合法和工作组织情势是根据产品的构造、零件大年夜小、制造精度、临盆范围等身分来选择的。工艺配合法与尺寸链的解算密切相干。选择工艺配合法需找出装配的全部尺寸链,结合设计要乞降制造的经济性,经由合理的技妙策算,把封闭环的公差值分派给各构成环,肯定各环的公差和极限尺寸。装配的最终精度,从有关尺寸链的解算而获得。
工艺配合法分为四种: (1) 交换装配法; (2) 选配
法; (3) 修配法; (4) 调剂法。
交换装配法
交换装配法是在装配时各合营零件不经补缀、选择或调剂即可达到装配精度的办法。其本质就是用控制零件的加工误差的办法来包管装配精度。军工所今朝多为单件小批量临盆方法,因而装配中为包管质量大年夜多半选用交换装配法。稳定平台
中关键件纵横摇的空间正交精度0. 02mm ,同轴度为0. 03mm 和0. 04mm ,就是靠加工予以包管的。重要件方位扭转关节(迁移转变部分波导管和固定部分波导管) 中的重要精度尺寸,是经两部分波导装配后,经由过程精心换算工艺尺寸链,靠加工予以包管的。个中尺寸链的解算略。选配法(实用于大年夜批量临盆方法)选配法是将尺寸链中构成环的公差放大年夜到经济可行的程度,然后选择合适的零件进行装配,以包管规定的精度。它按情势不合可分为三类:直接选配法、分组选配法和复合选配法,如樊篱罩等。
修配法
修配法是在装配时,根据实际测量的成果,改变尺寸链中某预定的修配件(修配环) 的尺寸,使封闭环达到规定的装配精度的办法。如波导管与法兰盘、轴与轴承等的合营均采取此法。
调剂法
调剂法是将尺寸链中构成环在按经济加工的加工精度肯定公差时,选择个中一个或几个恰当尺寸的调节件(调节环) 进行调剂,来包管规定的装配精度请求。这种调剂件可起到补偿装配累积误差的感化,故亦称补偿件。如偏爱轴承套、轴承端盖、锁紧螺母等。
一、滚珠丝杆螺母副的安装
（1）一端装推力轴承（固定——自由式）
如图a所示，这种安装方法的承载才能小，轴向刚度低，只实用于短丝杠，一般用于数控机床的调节或起落台式数控铣床的立向（垂直）坐标中。
（2）一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承（固定—支承式）
如图b所示，这种方法可用于丝杠较长的情况。应将推力轴承远离液压马达等热源及丝杠上的常用段，以削减丝杠热变形有影响。
（3）两端装推力轴承（单推—单推式或双推—单推式）
如图c所示，把推力轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，如许做的好处是：如许有助于进步刚度，丝杠不会因温升而伸长，从而保持丝杠的精度；削减丝杠因自重引起的曲折变形；在推力轴承预紧力大年夜于丝杠最大年夜轴向载荷1/3的前提下，丝杠拉压刚度可进步四倍。但这种安装方法对丝杠的热变形较为敏感，轴承的寿命较两端装推力轴承及向心球轴承方法低。
（4）两端装推力轴承及深沟球轴承（固定—固定式）
如图d所示，为使进步丝杠的刚度，它的两端可用双重支承，即推力轴承加深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种构造方法不克不及精确地预先测定预紧力，预紧力的大年夜小是由丝杠的温度变形转化而产生的，丝杠的热变形转化为止推轴承的预紧力。但设计时请求进步推力轴承的承载才能和支架刚度。
滚珠丝杠的支撑方法
(a)仅一端装推力轴承; (b)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承；
(c)两端装推力轴承; (d)两端装推力轴承和深沟球轴承
近年来出现一种滚珠丝杠轴承，其构造如下图所示。这是一种可以或许遭受很大年夜轴向力的特别角接触球轴承，与一般角接触球轴承比拟，接触角增大年夜到600，增长了滚珠的数量并响应减小滚珠的直径。
这种新构造的轴承比一般轴承的轴向刚度进步两倍以上，应用极为便利。产品成对出售，并且在出厂时已经选配好表里环的厚度，装配调试时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧，就能获得出厂时已经调剂好的预紧力，应用极为便利。
二、电念头与丝杆间的连接
数控机床进过传动对地位精度、快速响应机能、调速范围有较高的请求：实现进给传动的电念头重要有三种：步进电念头、直流伺服电念头和交换伺服电念头。今朝，步进电念头只用于经济型数控机床，交换伺服电念头作为比较幻想的履行元件正慢慢替代直流伺服电念头。当采取不合的履行元件时，数控机床进给体系会有所不合。电念头与丝杆间的联接重要有三种情势，如图所示。
1）齿轮传动方法
数控机床在进给传动装配中一般采取齿轮传动副来达到必定的降速请求，因为齿轮存在必定的齿侧间隙，会使活动造成反向传动间隙，对闭环体系来说，齿侧间隙会影响体系的稳定性。是以，齿轮传动副常采撤消隙机构来尽量减小齿侧间隙。
2）同步带轮传动情势
这种联接情势的构造比较简单。同步带轮传动综合了带传动和链传动的长处，可以避免齿轮传动时引起的振动和噪声，但只能实用于低转矩特点请求的场合，安装时中间距请求严格，带宇带轮的制造工艺复杂。
3）联轴器传动型式
平日电念头轴宇丝杆之间采取锥环无键联接或高精度联轴器联接，从而使进给体系具有较高的传动精度和传动刚度，并大年夜大年夜简化了传念头构。在加工中间和精度较高的数控机床的进给体系传动中，广泛采取这种联接方法。
五、装配工艺过程
在装配体系图的基本上 ,划分装配工序、规定工序筹划 (包含调剂和考验工序) ,并按我所规定的格局编制工艺过程卡。稳定平台的装配内容重要如下（其它按次序装配 ,具体内容略）。
装配前的预备工作
(1)装配进步行零件的清洗 ,获得所需的干净度。起首按图纸齐套零件后 , 领取汽油 3kgΠ台～5kgΠ台,润滑脂“201”、密封胶“601”、全能胶“801”、硅橡胶“414”等。清洗各部件 ,将齿轮、轴承等零件清洗后 ,检查轴承是否有卡滞现象 ,清洗好上润滑油待用 ,用全能胶将密封垫粘贴到响应的零件上。
(2)为达到工艺上的装配精度请求 ,对有关零件进行刮削。因为刮削可以进步工件的尺寸精度和形位精度 ,降低外面粗拙度和进步接触刚度等。可用涂色法考验 ,也可用相配的零件考验。经测量的零件 ,大年夜孔要修配 ,小孔要用丝锥过孔 ,不该涂漆的需修刮。别的 ,方位传念头构经装配调剂后 ,各部件及零件作好拆装标记 , 以便在平台纵横装配时拆装装配用。
(3)对装配工作台面用框式程度仪、平尺对台面的平度、直线度等进行校订校平。（4）某些部件（传动部分）应按图纸请求在装配进步行须要的运转实验 ,实验合格后 ,再投入装配。
稳定平台装配中的一些具体请求
(1)大年夜多半零部件的装配采取的是交换装配法。基准件为底座 ,底座底面和装支架的上平面需经刮研 ,确保平面度和平行度请求 ,检测可用程度仪、平尺进行。
(2)扭转零件 ,如齿轮和啮合间隙等 ,装配时采取调剂或修配法 ,齿轮副侧隙可否相符规定,在剔除齿轮加工身分以外 ,与中间距误差密切相干。因为侧隙还会同时影响齿轮的接触精度 ,是以请求与接触精度结合起来调剂（中间距）。具体有三种办法: a 修刮轴承套或轴瓦; b 应用本身的调剂进行调剂。如双片齿轮、偏爱的轴承套等; c 用表百分表打各个部位的径跳和端跳 , 以及轴向的窜动 ,并进行调剂。
(3)过盈连接件:如轴承、键、销钉等采取压入法 ,能用压力机的均应用压力机 ,决不克不及用榔头直接敲击轴承边沿。轴承的轴向游隙,用垫圈或锁紧螺母进行调剂。
(4)根据测量误差 ,对比装配精度请求以调剂法和修配法清除其误差 ,然后复校装配精度 ,直达产品所规定的各项技巧请求 ,最后固定、打销。
(5)所有盖板在全部机构调剂合格后 ,最落后行紧固、密封 ,电装在机装调剂合格落后行。
(6)装配工人技巧程度 ,请求象稳定平台如许复杂的装配 ,需高等工以上的技巧等级 ,以确保产品的装配质量。有些装配需多人合营 ,具体见工艺卡。
（7）情况前提的请求:工作场地装配间应有防尘、防振办法。对就位精度请求高的纵横摇框架部分 ,需具有超慢速装配的吊装设备
(8)各部件在总装之间和总装之后 ,均应经由严格考验和须要的实验 ,各工序件间实施三检 ,严格工艺规律。
数控机床进给系统设计
第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min 或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反
馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。 全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。 直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。 交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。 1.3、主要设计任务参数 车床控制精度：0.01mm（即为脉冲当量）；最大进给速度：V max=5m/min。最大加工直径为D =400mm，工作台及刀架重：110㎏；最大轴，向力=160㎏；导轨静摩擦系数=0.2； max 行程=1280mm；步进电机：110BF003；步距角：0.75°；电机转动惯量：J=1.8×10-2㎏.m2。
数控机创进给系统 数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作。 伺服进给系统的作用是根据数控系统传来的指令信息，进行放大以后控制执行部件的运动，不仅控制进给运动的速度，同时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置和轨迹。因此，数控机床进给系统，尤其是轮廓控制系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两方面同时实现自动控制。 数控机床进给系统的设计要求除了具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。 一个典型的数控机床闭环控制的进给系统组成：位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部分。 机械传动装置：是指将驱动源旋运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、丝杠螺母副等中间传动机构。 第一节概述 一、数控机床对进给传动系统的要求 1．减少摩擦阻力：在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副，滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。 2．减少运动惯量 3．高的传动精度与定位精度设计中，通过在进给传动链中加入减速齿轮，以减小脉冲当量(即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离)，预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，可达到提高传动精度和定位精度的目的。 4．宽的进给调速范围：伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下，应具有很宽的调速范围，以适应各工件材料、尺寸和刀具等变化的需要，工作进给速度范围可达3～6000mm／min(调速范围1：2000)。 5．响应速度要快：所谓快响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象 6．无间隙传动：进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，它存在于整个传动链的各传动副中，直接影响数控机床的加工精度。因此，应尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。 7．稳定性好、寿命长：稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，即各传动部件保持其原来制造精度的能力。 8．使用维护方便 二、联轴器 联轴器是用来连接进给机构的两根轴使之一起回转，以传递转矩和运动的一种装置。机器运转时，被连接的两轴不能分离，只有停车后，将联轴器拆开，两轴才能脱开。 联轴器的类型：有液压式、电磁式和机械式；而机械式联轴器是应用最广泛的一种，它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递转矩，
机床加工，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。 二、进给伺服系统的组成 如图所示为数控机床进给伺服系统的组成。从图中可以看出，它是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的位置信号，这个反馈是一个负反馈，即与指令信号的相位相反。指令信号是向位置环送去加数，而反馈信号向位置环送去减数。位置检测装置通常有光电编码器、旋转变压器、光栅尺、感应同步器或磁栅尺等。它们或者直接对位移进行检测，或者间接对位移 进行检测。 开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统，无位置反馈环节。如图所示，这种系统的伺服驱动装置主要是步进电动机、功率步进电动机、电液脉冲电动机等。由数控系统发出的指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电动机转动，通过齿轮副 与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。 闭环伺服系统 闭环伺服系统原理图如图所示。系统所用的伺服驱动装置主要是直流或交流伺服电动机以及电液伺服阀—液压马达。与开环进给系统最主要的区别是：安装在执行部件上的位置检测装置，测量执行部件的实际位移量并转换成电脉冲，反馈到输入端并与输人位置指令信号进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。由于采用了位置检测反馈装置，所以闭环伺服系统的位移精度主要取决于检测装置的精度。闭环伺服系统的定位精度一般可 达±0.01mm～±0.005 mm。
半闭环伺服系统 半闭环伺服系统如图所示。将检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件位置的系统称为半闭环系统。闭坏系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环系统只能补偿系统环路内部分元件的误差，因此，半闭环系统的精度比闭环系统的精度要低一些， 但是它的结构与凋试都比较简单。 全数字伺服系统 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已经开始采用高速度、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化，应用数字PID算法，用PID程序来代替PID调节器的硬件，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。位置、速度和电流构成的三环结构 如图所示。
第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。
数控铣床的进给传动系统 摘要： 在国际贸易中，很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润主要电机出口产品。世界贸易强国在进行国内机电产品贸易的同时，把高技术的机电产品出口打入国际市场，作为发展出口经济的重要战略措施，数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控铣床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置。 关键词：数控铣床发展趋势智能化柔性化 英文： In international trade,many centuries view digital lathesare as hi-techvalue-adds and profitable exports.Digital lathesare expensive mechanical and electrical products.The powerful trade nations export hi-texh mechanical snd electrical products to the world market whiledoing such business at home ,Which is now an important strategy of develop-ing their export economy Key words digital lathe ; development tendency; intelligence; tenderness 1.引言： 科学技术的发展以及世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技术的应用，对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提出了更高的性能指标；FMS的迅速发展和CIMS的不断成熟，又将对数控机的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制等技术提出更高的要求。随着微电子和计算机技术的发展，数控系统的性能日益完盖，数控技术的应用颔域日益扩大。 数控铣床是在数控加工中心领域中最具代表性的一种典型机床，在数控机床中所占的比率最大，数控加工中心、柔性制造单元等都是数控铣床基础上派生或发展起来的。它具有功能性强、加工范围广、工艺较复杂等点，主要用于各种复习的平面、轮廓、曲面等零件的铣削加工，同时还可以进行钻、扩、镗、攻螺纹等加工，在航空航天、汽车制造、机械加工和模具制造业中应用非常广泛。 2.数控铣床的组成 数控铣床一般由数控系统、机床基础部件、主轴箱、进给伺服系统及辅助装置等几大部分组成。 （1）数控系统 数控系统是机床运动控制的中心，通常数控铣床都配有高性能、高精度、集
1、数控机床进给系统概述 1.1 伺服进给系统概述 数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机，功率步进电机，电业脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴刀架等执行部件实现工作进给和快速移动。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质的差别，他能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定运动规律所合成的运动轨迹。 1.2 伺服进给系统分类 数控私服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类，有以下三种： (1)开环伺服系统 (2)半闭环伺服系统 (3)闭环伺服系统 1.3 伺服进给系统的基本要求 (1)精度要求 (2)响应速度 (3)调速范围 (4)低速、大转矩 2、运动设计 2.1传动方案拟定 数控机床按控制方式分为开环、闭环、半闭环，由于采用直流式交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的数控设备中，由于数控车床加工精度不十分高，采用闭环系统的必要性不大。若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制，精度较闭环控制的查，但是稳定性好，成本较低，调试维修较容易；但是对于经济型数控机床来说必要性不大。故在本次设计中，采用开环控制步进电机驱动。 确定设计任务后，初步拟定三种传动方案即1电机直接与丝杠相连；2电机通过同步带的传动带动丝杠转动；3电机通过齿轮传动带动丝杠转动。
数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理 数控机床在工作时常出现由于进给伺服系统原因造成的机床故障，此类故障出现的常见形式有爬行、抖动、伺服电动机不转、过载、工件尺寸无规律偏差等。针对这些典型故障，采用一定的机床维修技术，可以实现快速排除此类故障。 数控机床的进给伺服系统是以数控机床的各坐标为控制对象，以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、进给伺服机构或进给伺服单元。在数控机床中，进给伺服系统是数控装置和机床本体的联系环节，它接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放大后，由电动机经机械传动机构驱动机床的工作台或溜板沿某一坐标轴运动，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。 伺服进给系统常见故障形式 1.1爬行
般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低及外 加负载过大等因素所致。尤其要注意的是，伺服和滚珠丝杠连接用的联轴器，由于连接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹、磨损、断裂等，造成滚珠丝杠转动或伺服电动机的转动不同步，从而使进给忽快忽慢，产生爬行现象。 1.2抖动 在进给时出现抖动现象，其可能原因有：1、接线端子接触不良，如紧固的螺钉松动；2、位置控制信号受到干扰，如屏蔽不好等；3、测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等。如果窜动发生在正、反向运动的瞬间，则一般是由于进给传动链的反向间隙或者伺服系统增益过大引起。 1.3过载 当进给运动的负载过大、参数设定错误、频繁正、反向运动以及进给 传动链润滑状态不良时，均会引起过载的故障。此故障一般机床可以
自行诊断出来，并在CRT显示屏上显示过载、过热或过电流报警。同 时，在进给伺服模块上用指示灯或者数码管显示驱动单元过载、过电 流等报警信息。 1.4伺服电动机不转 当速度、位置控制信号未输出、或者使能信号（即伺服允许信号，一般为DC+24V继电器线圈电压）未接通以及进给驱动单元故障都会造成此故障。此时应查阅电气图纸，测量数控装置的指令输出端子的信号是否正常，通过CRT观察I/O状态，分析机床PLC梯形图，以确定进给轴的启动条件，观察如润滑、冷却等是否满足。如是进给驱动单元故障则用交换法，可判断出相应单元是否有故障。 进给伺服系统常见故障典型案例分析 案例1.故障现象：一台配套SIEMENS840系统的加工中心在自动加工过程中，Y轴有抖动现象，加工零件表面不光滑。 故障诊断与处理：为了判定故障原因，将机床操作方式置于手动方式，用手摇脉冲发生器控制Y轴进给，在JOG方式下，来回移动丫轴，发现丫
数控机床进给模块之机械部件装配一．进给传动系统图 纵向和横向进给传动系统图 二．系统图的主要构造和功用 电动机： 1. 步进电动机 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的驱动元件。步进电动机
是一种特殊的电动机，一般电动机通电后都是连续转动的，而步进电动机则有定位与运转两种状态。当有一个电脉冲输入时，步进电动机就回转一个固定的角度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电动机称为步进电动机。又由于它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电动机。当电脉冲连续不断地输入，步进电动机便跟随脉冲一步一步地转动，步进电动机的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时间上与输入脉冲同步。因此，只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组的通电顺序，便可获得所需转角、转速和方向。在无脉冲输入时，步进电动机的转子保持原有位置，处于定位状态。步进电动机的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角能够控制，而且有一定的精度，常用作开环进给伺服系统的驱动元件。与闭坏系统相比，它没有位置速度反馈回路，控制系统简单，成本大大降低，与机床配接容易，使用方便，因而在对精度、速度要求不十分高的中小型数控机床上得到了广泛地应用。 2. 直流伺服电动机 由于数控机床对进给伺服驱动装置的要求较高，而直流电动机具有良好的调速特性，因此在半闭坏、闭坏伺服控制系统中，得到较广泛地使用。直流进给伺服电动机就其工作原理来说，虽然与普通直流电动机相同。然而，由于机械加工的特殊要求，一般的直流电动机是不能满足需要的。首先，一般直流电动机转子的转动惯量过大，而其输出转矩则相对较小。这样，它的动态特性就比较差，尤其在低速运转条件下，这个缺点就更突出。在进给伺服机构中使用的是经过改进结构，提高其特性的大功率直流伺服电动机，主要有以下两种类型：（1）小惯量直流电动机。主要结构特点是其转子的转动惯量尽可能小，因此在结构上与普通电动机的最大不同是转子做成细长形且光滑无槽。以此表现为转子的转动惯量小，仅为普通直流电动机的1/10左右。因此，响应特别快，机电时间常数可以小于10 ms，与普通直流电动机相比，转矩与惯量之比要大出40~50倍。且调速范围大，运转平稳，适用于频繁起动与制动，要求有快速响应（如数控钻床、冲床等点定位）的场合。但由于其过载能力低，并且电动机的自身惯量比机床相应运动部件的惯量小，因此应用时都要经过一对中间齿轮副，才能与丝杠相连接，在某些场合也限制了它广泛地使用。 （2）大惯量直流电动机。又称宽调速直流电动机，是在小惯量电动机的基础上发展起来的。在结构上和常规的直流电动机相似，其工作原理相同。当电枢线圈通过直流电流时，就会在定子磁场的作用下，产生带动负载旋转的电转矩。小惯量电动机是从减小电动机转动转量来提高电动机的快速性，而大惯量电动机则是在维持一般直流电动机转动惯量的前提下，尽量提高转矩的方法来改善其动态特性。它既具有一般直流电动机便于调速、机械特性较好的优点，又具有小惯量直流电动机的快速响应性能。因此，可归纳为以下特点： 1）转子惯量大。这种电动机的转子具有较大的惯量，容易与机床匹配。可以和机床的进给丝杠直接连接，省掉了减速机构，故可使机床结构简单，即避免了齿轮等传动机构产生的噪声和振动，又提高了加工精度。 2）低速性能好。这种电动机低速时输出转矩大，能满足数控机床经常在低速进给时进给量大、转矩输出大的特点，如能在1 r/min甚至0.1 r/min下平稳运转。 3）过载能力强、动态响应好。由于大惯量直流电动机的转子有槽，热容量大，同时采用了冷却措施后，提高了散热能力。因此可以过载运行30分钟。另外，电动机的定子采用矫顽力很高的铁氧体永磁材料，可使电动机过载10倍而不会去磁，这就显著地提高了电动机的瞬间加速力矩，改善了动态响应，加减速特性好。 4）调速范围宽。这种电动机机械特性和调速特性的线性度好，所以调速范围宽而运转平稳。一般调速范围可达1∶10000以上。
进给传动系统简述数控机床进给传动装置的传动精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度，因此常采用各种不同于普通机床的进给机构，以提高传动刚性，减少摩擦阻力和运动惯量，避免伺服机构滞后和反向死区等。例如，采用线性导轨（滚动导轨）、塑料导轨或静压导轨代替普通滑动导轨；用滚珠丝杠螺母机构代替普通的滑动丝杠螺母机构，以及采用可消除间隙的齿轮传动副和键联接等。 1.作用数控机床的进给传动系统负责接受数控系统发出的脉冲指令，并经放大和转换后驱动机床运动执行件实现预期的运动。 2.对进给传动系统的要求为保证数控机床高的加工精度，要求其进给传动系统有高的传动精度、高的灵敏度（响应速度快）、工作稳定、有高的构件刚度及使用寿命、小的摩擦及运动惯量，并能清除传动间隙。 3.进给传动系统种类 a.步进伺服电机伺服进给系统一般用于经济型数控机床。 b.直流伺服电机伺服进给系统功率稳定，但因采用电刷，其磨损导致在使用中需进行更换。一般用于中档数控机床。c.交流伺服电机伺服进给系统 应用极为普遍，主要用于中高档数控机床。 d.直线电机伺服进给系统 无中间传动链，精度高，进给快，无长度限制；但散热差，防护要求特别高，主要用于高速机床。 二、进给传动机械部件（一）联轴器联轴器是用来连接寄给机构的两根轴使之一起回转移传递扭矩和运动的一种装置。目前联轴器的类型繁多，有液力式、电磁式和机械式。机械式联轴器的应用最为广泛。套筒联轴器构造简单，径向尺寸小，但装卸困难（轴需作轴向移动）。且要求两轴严格对中，不允许有径向或角度偏差，因此使用时受到一定限制。绕行联轴器采用锥形夹紧环传递载荷，可使动力传递没有方向间隙。凸缘式联轴器构造简单、成本的、可传递较大扭矩，常用于转速低、五种及、轴的刚性大及对中性好的场合。他的主要缺点是对两轴的对中性要求很高。若两轴间存在位移与倾斜，救在机件内引起附加载荷，使工作状况恶化。 （二）减速机构 1.齿轮传动装置 齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个。一是将高转速的转矩的伺服电机（如步进电机、直流和交流伺服电机等）的输出改变为低转速大转矩的执行件的输入；另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中专有较小的比重。此外，对于开环系统还可以保证所要求的运动精度。为了尽量减小齿侧间隙对数控机床加工精度的影响，经常在结构上采取措施，以减小或消除齿轮副的空程误差。如采用双片齿轮错齿法、利用偏心套调整齿轮副中心距或采用轴向垫片调整法消除齿轮侧隙。
数控机床系统总体设计方案的确定和设计内容 注：下面内容中所指：横向即为X轴方向,纵向即为Y轴方向 最大加工直径为400和500mm的设计方案确定计算内容和公式与320mm的一样，把各自的参数代入即可。 总体方案设计的内容 接到一个数控装置的设计任务以后，必须首先拟订总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分别对机械部分和电气部分进行设计计算。 机床数控系统总体方案的拟订包括以下内容：系统运动方式的确定，伺服系统的的选择，执行机构的结构及传动方式的确定，计算系统的选择等内容。 一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析，比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。 2.2 总体方案设计 2.2.1 设计任务 用微机数控技术改造最大加工直径为320毫米普通车床的进给系统 主要技术参数： 最大加工直径（mm）：在床身上：320 在床鞍上：175 最大加工长度（mm）： 750 溜板及刀架重量（N）：纵向：800 横向：400 刀架快移速度（m/min）：纵向：2 横向：1 最大进给速度（m/min）：纵向：0.8 横向：0.4 最小分辨率（mm） : 纵向：0.01 横向：0.005 定位精度（mm） : 0.02 主电机功率（KW）：3 起动加速时间（ms）：25 2.2.2 总体方案确定 （1）系统的运动方式与伺服系统的选择
由于改造后的经济型数控车床应具有定位，直线插补，顺。逆圆，暂停，循环加工，公英制罗纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环控制系统。 （2）数控系统 根据机床要求，采用8位微机。由于MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰性强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS-51系列的80C51单片机扩展系统。 控制系统由微机部分，键盘及显示器，I/O接口，步进电机驱动器等组成，系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用液晶显示模块显示加工数据及机床状态等信息。 （3）机械传动方式 为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为提高刚度和消除间隙。采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要消除齿侧间隙的结构。 综上所述，系统总体方案框图见下图。
数控机床进给传动系统 一．进给传动体系图 纵向和横向进给传动体系图 二．体系图的重要构造和功用 电念头： 1. 步进电念头 步进电念头是一种将电脉冲旌旗灯号转换成机械角位移的驱动元件。步进电
念头是一种特别的电念头，一般电念头通电后都是持续迁移转变的，而步进电念头则有定位与运转两种状况。当有一个电脉冲输入时，步进电念头就反转展转一个固定的角度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电念头称为步进电念头。又因为它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电念头。当电脉冲持续赓续地输入，步进电念头便跟随脉冲一步一步地迁移转变，步进电念头的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时光上与输入脉冲同步。是以，只需控制输入脉冲的数量、频率及电念头绕组的通电次序，便可获得所需转角、转速和偏向。在无脉冲输入时，步进电念头的转子保持原有地位，处于定位状况。步进电念头的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角可以或许控制，并且有必定的精度，常用作开环进给伺服体系的驱动元件。与闭坏体系比拟，它没有地位速度反馈回路，控制体系简单，成本大年夜大年夜降低，与机床配接轻易，应用便利，因而在对精度、速度请求不十分高的中小型数控机床上获得了广泛地应用。 2. 直流伺服电念头 因为数控机床对进给伺服驱动装配的请求较高，而直流电念头具有优胜的调速特点，是以在半闭坏、闭坏伺服控制体系中，获得较广泛地应用。直流进给伺服电念头就其工作道理来说，固然与通俗直流电念头雷同。然而，因为机械加工的特别请求，一般的直流电念头是不克不及知足须要的。起首，一般直流电念头转子的迁移转变惯量过大年夜，而其输出转矩则相对较小。如许，它的动态特点就比较差，尤其在低速运转前提下，这个缺点就更凸起。在进给伺服机构中应用的是经由改进构造，进步其特点的大年夜功率直流伺服电念头，重要有以下两种类型： （1）小惯量直流电念头。重要构造特点是其转子的迁移转变惯量尽可能小，是以在构造上与通俗电念头的最大年夜不合是转子做成细长形且滑腻无槽。以此表示为转子的迁移转变惯量小，仅为通俗直流电念头的1/10阁下。是以，响应特别快，机电时光常数可以小于10 ms，与通俗直流电念头比拟，转矩与惯量之比要大年夜出40~50倍。且调速范围大年夜，运转安稳，实用于频繁起动与制动，请求有快速响应（如数控钻床、冲床等点定位）的场合。但因为其过载才能低，并且电念头的自身惯量比机床响应活动部件的惯量小，是以应用时都要经由一对中心齿轮副，才能与丝杠相连接，在某些场合也限制了它广泛地应用。 （2）大年夜惯量直流电念头。又称宽调速直流电念头，是在小惯量电念头的基本上成长起来的。在构造上和惯例的直流电念头类似，其工作道理雷同。当电枢线圈经由过程直流电流时，就会在定子磁场的感化下，产生带动负载扭转的电转矩。小惯量电念头是从减小电念头迁移转变转量来进步电念头的快速性，而大年夜惯量电念头则是在保持一般直流电念头迁移转变惯量的前提下，尽量进步转矩的办法来改良其动态特点。它既具有一般直流电念头便于调速、机械特点较好的长处，又具有小惯量直流电念头的快速响应机能。是以，可归纳为以下特点： 1）转子惯量大年夜。这种电念头的转子具有较大年夜的惯量，轻易与机床匹配。可以和机床的进给丝杠直接连接，省掉落了减速机构，故可使机床构造简单，即避免了齿轮等传念头构产生的噪声和振动，又进步了加工精度。 2）低速机能好。这种电念头低速时输出转矩大年夜，能知够数控机床经常在低速进给时进给量大年夜、转矩输出大年夜的特点，如能在1 r/min甚至0.1 r/min下安稳运转。 3）过载才能强、动态响应好。因为大年夜惯量直流电念头的转子有槽，热容量大年夜，同时采取了冷却办法后，进步了散热才能。是以可以过载运行30分钟。别的，电念头的定子采取矫顽力很高的铁氧体永磁材料，可使电念头过载10倍而不会去磁，这就明显地进步了电念头的刹时加快力矩，改良了动态响应，加减速特点好。 4）调速范围宽。这种电念头机械特点和调速特点的线性度好，所以调速范
数控机床进给系统设 计 Revised on November 25, 2020
第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如 /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、
摘要 本设计是把普通数控车床改造成经济型数控车床。经济型数控车床就是指价格低廉、操作使用方便、比较适合我国国情的，动化的机床。采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。在设计的时候具体进行了详细的各部件的选型和计算。比如：导轨的设计选型、滚珠丝杠螺母副的选型与计算。还进行了进给传动系统的刚度计算、进给传动系统的误差分析、驱动电机的选型计算、驱动电机与滚珠丝杠的联接、驱动电机与进给传动系统的动态特性分析等。 【关键词】车床、数控、传动系统
Abstract This project is to alter the common lathe into the economical lathe. The economical lathe is a advanced and roboticized lathe that has low price, convenient operation, and adapt to the situation of our country and has installed cnc system. During the project we particularly dealt with the choice and calculation of every assembly. Such as:The choice and calculation of guideway, ballscrew nut pair and drive electromotor. Caculate the inflexibility of feed transmission system. Analyse the error of feed transmission system. Junction between drive electromotor and ballscrew. Dynamic analysis of drive electromotor and feed transmission system . 【Key words】Lathe；CNC；Transmission System
数控机床横向进给伺服系统的设计目录 第一章绪论 1.1 毕业设计的目的 1．2 毕业设计的内容 1.2.1 数控横向进给系统总体设计方案的拟定 １.2.2 进给伺服系统机械部分设计计算 1.2.3 数控机床（直流、交流)伺服控制方案分析与计算 第二章数控进给系统总体设计方案的拟定 2.1 毕业设计任务书 2.2 总体方案的确定 2．2.1 概述 2.2.2 数控横向进给系统总体设计方案的拟定 第三章机床进给（直流、交流）伺服系统机械部分设计计算 3.1 系统切削力的确定 3.2 切削力的计算 ３.３滚珠丝杠螺母副的设计、计算、和选型 3.４进给伺服系统传动计算 3.5 伺服电机的计算和选型 第四章数控机床(直流、交流）伺服控制方案分析与计算 4．1 数控机床进给(直流、交流)伺服系统组成 4.２数控机床进给（直流、交流)伺服驱动器的选型 4.3 数控机床进给(直流、交流)伺服驱动器主电路及辅助电路设计与选型第五章毕业设计体会 第六章毕业设计感言 附录 参考文献
第一章绪论 1.1毕业设计的目的 设计的目的是培养综合运用基础知识和专业知识，解决工程实际问题的能力,提高综合素质和创新能力，受到本专业工程技术和科学研究工作的基本训练，使工程绘图、数据处理、外文文献阅读、程序编制、使用手册等基本技能得到训练和提高,培养正确的设计思想、严肃认真的科学态度,加强团队合作精神。 1．2 毕业设计的内容 1.2.１数控横向进给系统总体设计方案的拟定 1．系统运动方式的确定。 2. 伺服系统的选择。 3．执行机构传动方式的确定。 4. 计算机的选择。 １．2．２进给伺服系统机械部分设计计算 1．进给伺服系统机械部分设计方案的确定。 2. 确定脉冲当量。 3. 滚珠丝杠螺母副的选型。 4. 滚动导轨的选型。 5. 进给伺服系统传动计算。 ６. 步进电机的计算和选用。 7．设计绘制进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图。 ８. 设计绘制进给伺服系统的一张或两张零件图。 １．２．3 数控机床（直流、交流）伺服控制方案分析与计算 １. 数控机床进给（直流、交流)伺服系统组成。 2. 数控机床进给(直流、交流）伺服驱动器的选型 3. 数控机床进给(直流、交流)伺服驱动器主电路及辅助电路设计与选型。 第二章数控横向进给系统总体设计方案的拟定 2．1 毕业设计任务书 1．题目: 《数控机床横向伺服进给系统的设计》 2．设计任务： （1）根据机床总体布局,分析应采用的机电一体化设计方案，确定横向进给系统的伺服控制方案; （2)进行机械伺服机构的设计计算,绘制机械传动图及相关装配图（1—2张); (3)进行数控机床伺服驱动器的主电路及辅助电路设备的设计与选型; （4)绘制控制系统原理框图； (5)攥写设计说明书一分(8000字以上）
第三章 CA6140数控化改造进给系统设计 分别对原CA6140车床的纵向、横向进给进行改造，用伺服电机带动滚珠丝杠螺母副，来代替原来各种光杠，进行数字化控制。本章的主要内容是完成纵向和横向进给的设计计算、滚珠丝杠螺母副的选择，以及相应的纵向、横向步进电机的型号选择与校核等。 3-1 滚珠丝杠螺母副的特性与工作原理 在进行CA6140卧式车床的数控化改造中进给系统横向以及纵向都采用了滚珠丝杠副，可以提高进给系统的灵敏性、定位精度和防止爬行等优点。滚珠丝杠副的传动效率高达80%~98%，是普通滑动丝杠的2~4倍，滚珠丝杠副的摩擦角小于1度，因此不会自锁。
丝杠与螺母之间填入滚珠，这使得丝杠与螺母之间的运动成为滚动。丝杠、螺母和钢珠都由轴承钢制成，经淬硬、磨削。在丝杠上有回柱器，是一个闭路循环通道，滚珠在其中循环滚动，从而实现了精确的进给过程。 3-2主运动电机的校核 由《机械设计手册》中得知： 切削功率P m ： P m =103-F C V C (KW) 式中 F C --切削力（N） V C --切削速度（m/s） 主运动电机的功率P E : P E = η M P η=0.7~0.85 CA6140车削时总切削力分解为：切削力F C 、背向力F P 、进给 力F f 切削力F C ： F C =C C F a P C F X f C F Y V C C nF K C F 背向力F： P F P =C P F a P P F X f P F Y V C P nF K P F 进给力F f ： F f =C f F a P f F X f Ff Y V C f nF K f F 式中：a P --背吃刀量（mm）
第6章 数控机床伺服系统 进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说CNC 装置是数控系统的“大脑”，是发布“命 令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地 执行由CNC 装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。 第一节 概述 . 进给伺服系统的定义及组成 . 定义：进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动 控制系统。 一、进给伺服系统的定义及组成 组成： 进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位置控制单元；速度控制单元；驱动元 件(电机)；检测与反馈单元；机械执行部件。 ３、进给伺服驱动系统由进给伺服系统中的 驱动电机及其控制和驱动装置组成。 ４、驱动电机是进给系统的动力部件，它提供执行部分运动所需的动力，在数控机床上常用 的电机有： 步进电机 直流伺服电机 交流伺服电机 直线电机。 ５ 、速度单元是上述驱动电机及其控制和驱动装置，通常驱动电机与速度控制单元是相 互配套供应的，其性能参数都是进行了相互匹配，这样才能获得高性能的系统指标。 ６、速度控制单元主要作用：接受来自位置控制单元的速度指令信号，对其进行适当的调节 运算(目的是稳速)，将其变换成电机转速的控制量(频率，电压等)，再经功率放大部件将其 变换成电机的驱动电量，使驱动电机按要求运行。简言之：调节、变换、功放。 ７、进给驱动系统的特点（与主运动（主轴）系统比较）： ? 功率相对较小； ? 控制精度要求高； ? 控制性能要求高，尤其是动态性能。 二、NC 机床对数控进给伺服系统的要求 1.调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内) 调速范围： 一般要求： 稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。 调速范围： 一般要求： 2.稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。 输出位置精度要高 静态：定位精度和重复定位精度要高，即定位误差和重复定位误差要小。(尺寸精度) 动态：跟随精度，这是动态性能指标，用跟随误差表示。 (轮廓精度) 灵敏度要高，有足够高的分辩率。 3.负载特性要硬 在系统负载范围内，当负载变化时，输出速度应基本不变。即△F 尽可能小；当负载突变 时，要求速度的恢复时间短且无振荡。即△t 尽可能短； 应有足够的过载能力，以满足低速大转矩的要求。（高速恒功率，低速恒转矩） 这是要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。 4. 响应速度快且无超调 这是对伺服系统动态性能的要求，即在无超调的前提下，执行部件的运动速度的建立时间 tp 应尽可能短。 通常要求从 0→Fmax （Fmax →0），其时间应小于200ms ，且不能有超调， min max F F R N =min 1min 1.010000min mm F mm R N <≤>且