数控机床进给系统介绍
数控技术 第七章 数控机床的进给伺服系统
三 步进电动机的基本控制方法
（2） 双电压功率放大电路 优点：功耗低，改善了脉冲 优点：功耗低， 前沿。 前沿。 缺点：高低压衔接处电流波 缺点： 形呈凹形， 形呈凹形，使步进电机 输出转矩降低， 输出转矩降低，适用于 大功率和高频工作的步 进电机。 进电机。
三 步进电动机的基本控制方法
（3） 斩波恒流功放电路 优点： 优点：1）R3较小（小 R3较小（ 较小 于兆欧） 于兆欧）使整个 系统功耗下降， 系统功耗下降， 效率提高。 效率提高。 2）主回路不串 电阻， 电阻，电流上升 快，即反应快。 即反应快。 3）由于取样绕 组的反馈作用， 组的反馈作用， 绕组电流可以恒定在确定的数值上， 绕组电流可以恒定在确定的数值上，从而保证在很大频率范 围内，步进电机能输出恒定的转矩。 围内，步进电机能输出恒定的转矩。
二 数控机床对伺服系统的基本要求
1 高精度 一般要求定位精度为0.01~0.001mm； ； 一般要求定位精度为 高档设备的定位精度要求达到0.1um以上。 以上。 高档设备的定位精度要求达到 以上 2 快速响应 3 调速范围宽 调速范围指的是 max/nmin 。 调速范围宽:调速范围指的是 调速范围指的是:n 进给伺服系统:一般要求 进给伺服系统 一般要求0~30m/min，有的已达到 一般要求 ，有的已达到240m/min 主轴伺服系统:要求 主轴伺服系统 要求1:100~1:1000恒转矩调速 要求 恒转矩调速 1:10以上的恒功率调速 以上的恒功率调速
一 直流伺服电动机调速原理
7-30 直流电动机的机械特性
二 直流电动机的PWM调速原理 直流电动机的 调速原理
7-24 脉宽调制示意图 脉宽调制示意图
Ud =
τ
T
U = δ T U δ T 称为导通率
数控机床进给传动系统
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。
第三节 伺服进给系统
第三节伺服进给系统数控机床的进给系统又称“伺服进给系统”。
所谓“伺服”，即，可以严格按照控制信号完成相应的动作。
在数控机床的结构中，简化最多的就是进给系统。
所有数控机床的（做直线运动的）伺服进给系统，基本形式都是一样的。
一、传统机床进给系统的特点1．进给运动速度低、消耗功率少进给运动的速度一般较低，因而常采用大降速比的传动机构，如丝杠螺母、蜗杆蜗轮等。
这些机构的传动效率虽低，但因进给功率小，相对功率损失很小。
2．进给运动数目多不同的机床对进给运动的种类和数量要求也不同。
例如：立式钻床只要求一个进给运动；卧式车床为两个（纵、横向）；而卧式铣镗床则有五个进给运动。
进给运动越多，相应的各种机构（如变速与换向、运动转换以及操纵等机构）也就越多，结构就更为复杂。
3．恒转矩传动进给运动的载荷特点与主运动不同。
当进给量较大时，常采用较小的背吃刀量；当进给量较小时，则选用较大的背吃刀量。
所以，在采用各种不同进给量的情况下，其切削分力大致相同，即都有可能达到最大进给力。
因此，进给传动系统最后输出轴的最大转矩可近似地认为相等。
这就是进给传动恒转矩工作的特点。
4．进给传动系统的传动精度进给传动链从首端到末端，有很多齿轮等进行传递，每个传动件的误差都将乘以其后的传动比并最终影响末端件输出，输出端的总误差是中间各传动件误差的累积（均方根）。
因为进给传动链总趋势是降速，所以远离末端件的传动件误差影响较小，而越靠近末端件的传动件误差，对总的传动精度的影响越大。
因此把越靠近末端件的传动比取得越小（相当于“前慢后快”原则），对减小其前面各传动件的误差影响越大。
这就是“传动比递降原则”。
应该注意：传统机床仅在“内联系传动链”中需要考虑传动精度。
二、提高传动精度的措施：①缩短传动链减少传动件数目，以减少误差的来源。
（即累积误差减少）②合理分配各传动副的传动比尽可能采用传动比递降原则；尽量采用大降速比的末端传动副，如：输出为回转运动用蜗杆蜗轮副，输出为直线运动用丝杠螺母副。
数控机床进给伺服系统的工作原理(共5张PPT)
进给伺服系统的工作原理
进给伺进服系给统伺的工服作系原理统是数控装置和机床主机的联系环节，接收CNC装置插补器发出的进给
数控装置插补信号输送到位置控制模块的位置比较电路，与位置检测反馈电路来的反馈信号相比较后，位置比较电路输出位置移动信号
机床完成进给运动。。 带动传动机构，最后转化为机床的直线或转动位移。
它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。 进给伺服系统的工作原理 伺服系统 是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。 伺服系统 是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
进 进给伺服系统的工作原理
它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。 数控装置插补信号输送到位置控制模块的位置比较电路，与位置检测反馈电路来的反馈信号相比较后，位置比较电路输出位置移动信号
给 ，经位置控制和速度控制单元输出到速度环，直到机床完成进给运动。 比较控制环节 驱动控制单元 执行元件 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，又称位置随动系统、驱动系统、伺服机 指 构或伺服单元。 令 机 进给伺服系统的工作原理 床 数控机床常见故障诊断与排除
，经位脉置控冲制或和速进度给控制位单移元量输出信到息速度，环经，直过到变机换床完和成放进给大运由动伺。 服电机带动传动机构，最后转化为机床的
伺服系统 是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
进给伺直服系线统或是数转控动装置位和移机。床主机的联系环节，接收CNC装置插补器发出的进给脉冲或进给位移量信息，经过变换和放大由伺服电机
数控机床进给伺服驱动系统.ppt
• 脉冲、数汾字比较伺服系统
• 经相位比较伺服系统
• 碎 幅值比较伺服系统
•增 全数字伺服系统
第二节 步进伺服驱动厂控制
•
在数机控机床中使用的伺服电脆动机有
步进电动机、直黍流伺服电动机、交流伺遁
电动机和直线电动机等卧。步进伺服驱动系
统的甥执行元件是步进电机。
步进电蔼动机一般用于开环伺服殊系统中， 没有位置反馈训环节，位置控制精度由舰步进电 动机和进给链来决定。
嚏
曲线2—实际的借移
正补偿脉冲 B 动（有螺距的误差）
误差
锰
曲线3—补偿前的误
沛差曲线
艘
O
补偿脉冲
曲线4—补偿后的误
图5-16 螺距误差补偿原理
差曲线
曲线 1 - 理想的移动（没有螺距的误差）曲线 2 - 实际的移动（有螺距的误差）
第三节 闭环伺服控制先原理与系统
闭环控制的特点：坏工作可靠，抗干扰性强砍，精度高，但增加 了位翁置检测、反馈、比较等盼环节，结构复杂，调试嗜困难。
– 实现方法：
• 安俩置两个补偿杆 • 按照螺範距误差在补偿杆上设置疡挡块 • 工作台移动时行力程开关与挡块接触
时进行补偿。
第二节 步进伺服驱动明控制
机床运动
1 2
0.01 mm l
O
误差
3
O
脉冲数
1
2
0
脉冲数
-1
-2
微动开关 A
补偿杆 A
补偿杆 B
B
曲线1—理想的移动
（叼没有螺距误差）
负补偿脉冲 A
第五章 数控机床的进俺给伺服系统
第一节 概述讹
一、定义：
伴 进给伺服系统(吏Feed Servo硅 System)——毙以移
数控机床的进给伺服系统概述
• 当步进电机励磁绕组相数大于3时，多相通电多数 能提高输出转矩。
• 所以功率较大的步进电机多数采用多于三相的励磁 绕组，且多相通电。
3、启动转矩Mq
AB C Mq
e
当电机所带负载ML<Mq时，电机可不失步的启动。
2、最高启动频率和最高工作频率
最高启动频率fg： 步进电机由静止突然启动，并不失步地进 入稳速运行，所允许的启动频率的最高值。 最高启动频率fg与步进电机的惯性负载J有 关。
故电动机的转速n为：
n f (r/s) 60 f (r/min) f ——控制脉冲的频率
mzk
mzk
SB-58-1型五定子轴向分相反应式步进电机。
• 定子和转子都分为5段，呈轴向分布；有16个 齿均匀分布在圆周上，
• 齿距=360º/16=22.5º；各相定子彼此径向错开 1/5个齿的齿距；
如按5相5拍通电，则步距角为：
4）电动机定子绕组每改变一次通电方式——称为一拍 5）每输入一个脉冲信号，转子转过的角度——步距角αº • 上述通电方式称为：三相单三拍。（三相三拍） • 单——每次通电时，只有一相绕组通电； • 双——每次通电时，有两相绕组通电； • 三拍——经过三次切换绕组的通电状态为一个循环； • 除此之外的通电方式还有： • 三相双三拍： AB—BC—CA—AB • 三相单双六拍： A—AB—B—BC—C—CA—A
第三节 数控机床的检测装置
1、检测装置的作用
• 检测装置是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分 • 其作用是：检测位移和速度，发送反馈信号，构成
（1） 直线进给系统 已知：进给系统的脉冲当量δmm；步进电机的
步距角αº；滚珠丝杠的导程t mm；
求： 齿轮传动比 i。
数控机床进给传动系统
数控机床进给传动系统数控机床是以数字化控制系统为基础的高精度、高效率、高自动化的数控设备。
其进给传动系统作为数控机床中最重要的组成部分之一，其性能将会直接影响机床的加工效率和加工质量。
本文将介绍数控机床进给传动系统的构成、工作原理、传动方式、技术要求和发展趋势等方面。
一、进给传动系统的构成数控机床进给传动系统是由电机、减速箱、传动装置和运动控制系统等组成的。
电机作为驱动设备，通过减速箱将高速低扭矩的电机转换成低速大扭矩的动力，传动装置则将动力传递到物料上，最终由运动控制系统控制数控机床的运动状态。
二、进给传动系统的工作原理进给传动系统的工作原理是通过电机的驱动下，通过减速箱将高速低扭矩的动力转变为低速大扭矩的动力输出，经过传动装置传递给物料上，再由运动控制系统进行控制。
其中，进给传动系统的工作精度和稳定性将会直接影响机床的加工精度和稳定性。
三、进给传动系统的传动方式数控机床的进给传动方式主要有液压、机械式和电子式三种。
其中，液压进给传动系统适用于高功率、高切削力和大型工件的传动，具备很好的稳定性和适应性；机械式进给传动系统适用于中等功率、中等切削力和中等体积工件的传动，具备可靠性和速度调整灵活度；电子式进给传动系统适用于高精度、高速传动，具备精度高、稳定性好、速度范围大等优点。
四、技术要求数控机床进给传动系统的技术要求主要包括传动精度和传动稳定性。
传动精度是指传动装置的转速精度、位置精度、运动精度和位置控制精度等因素；传动稳定性是指传动装置的噪声、振动、温度稳定性和电磁兼容性等因素。
为保证数控机床的精度和稳定性，对于进给传动系统的要求不仅在传动装置上，还需要考虑到运动控制系统的精度和稳定性。
在传动装置方面，还需考虑到其寿命和安全性等因素。
五、发展趋势随着数控技术的不断发展和应用，数控机床的进给传动系统也在不断革新和升级。
从原来的液压和机械式进给传动方式不断升级发展到电子式进给传动系统，近年来更是向智能化、集成化发展。
数控机床的进给传动系统
3.2 联轴器
机械式
刚性
固定式-套管联轴器、凸缘联轴器及夹 壳联轴器等
可移式-齿轮联轴器、十字滑块联轴器及 万向联轴器等
弹性
金属弹性联轴器-簧片联轴器、膜片联轴 器及波形管联轴器等
非金属弹性联轴器-轮胎式联轴器、整 圈橡胶联轴器及橡胶块联轴器等
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3.2 联轴器
下面，介绍几种数控机床常用的联轴器。 1.套筒联轴器 如图3-2所示，套简联轴器由连接两轴轴端的套简和连接套简
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3.2 联轴器
止振松，用螺母加弹簧垫圈锁紧。图3-3( b)为十字滑块联轴 节，接头槽口பைடு நூலகம்研配，适于负载较小的传动。
2.凸缘式联轴器 如图3-4所示，凸缘式联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器分
别与两轴连接，然后用螺栓把两个半联轴器连成一体，以传 递运动和扭矩。 凸缘式联轴器有两种对中方法:一种是用一个半联轴器上的凸 肩与另一个半联轴器上的凹槽相配合而对中(图3-4( a）另一 种则是共同与另一刘分环相配合而对中(图3-4(b))。 凸缘式联轴器的材料可用HT250或碳钢，重载时或圆周速度 大于30m/s时应用铸钢或锻钢。它对于所连接的两轴的对中性
与轴的连接件(键或销钉)所组成，一般当轴端直径d≦80mm 时，套简用35或45钢制造;d>80mm时，可用强度较高的铸铁 制造。 此种联轴器构造简单，径向尺寸小，但其装拆困难(轴需作轴 向移动)且要求两轴严格对中，不允许有径向及角度偏差，因 此使用上受到一定限制。 由于伺服电动机性能的提高，目前许多场合采用伺服电动机 与丝杠直接相联，如图3-3所示。图3-3(a)用锥销连接，为防
这种联轴器传递功率大，转速高，使用寿命长，能适应较大 的相对位移，能在受振动和冲击载荷等恶劣条件下连续工作， 安装、使用和维护方便、简单，作用于系统中的负荷小、噪 声小，因而在数控机床的进给传动系统中应用广泛。
数控机床的进给传动系统
互转换的新型传动装置。它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠 螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。
2．滚珠丝杠螺母副分类
滚珠丝杠螺母副按滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。 图3-13（a）所示，滚珠循环过程中与丝杠始终接触称为内循
间的夹角，理想接触角β等于450。 此外还有丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径d1、螺纹全长l、滚珠直径db、螺母螺纹大径D、
螺母螺纹小径D1、滚道圆弧偏心距e以及滚道圆弧半径R等参数。
二、滚珠丝杠副的特点
1．滚珠丝杠副的优点 （1）传动效率高 （2）运动平稳 （3）高精度 （4）高耐用性 （5）同步性好 （6）高可靠性 （7）无背隙与预紧
1．双螺母消隙
（1）垫片调隙式单螺母消隙
四、滚珠丝杠的支撑结构
图3-19 滚珠丝杠的支承结构
（1）一端装止推轴承（固定-自由式）。这种安装方式如图319a）所示。其承载能力小，轴向刚度低，易产生弯曲变形， 仅适用于的长度较短丝杠。
2）一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定-支承式） 这种安装方式如图3-19b）所示。当滚珠丝杠较长时，一端装 止推轴承固定，另一端由深沟球轴承支承。为了减小丝杠热变 形的影响，止推轴承的安装位置应尽量远离热源或安装到冷却 条件较好的地方。
图3-20所示为数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠的制动装置示意 图。
六、滚珠丝杠的防护
滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘 或切屑污物进入，因此必须装有防护装置。如果滚珠丝杠副在 机床上外露，则应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套 管、伸缩套管以及折叠式套管等。
数控机床进给伺服系统的基本结构(共7张PPT)
。
速度控制模块
一进给伺服系统的结构
步进伺服系统原理图
伺服电机、速度检测装置、速度反馈比较环节、速度控制模块 数控机床常见故障诊断与排除 位置指令、位置检测装置、位置反馈比较环节、位置控制模块、速度控制环、机械传动装置 位置指令、位置检测装置、位置反馈比较环节、位置控制模块、速度控制环、机械传动装置 伺服电机、速度检测装置、速度反馈比较环节、速度控制模块 伺服系统的结构通常由位置控制环和速度控制环组成。 伺服电机、速度检测装置、速度反馈比较环节、速度控制模块 数控机床进给伺服系统的基本结构 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部件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置（或称作检测系统） 。 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部件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置（或称作检测系统） 。 伺服系统的结构通常由位置控制环和速度控制环组成。 位置指令、位置检测装置、位置反馈比较环节、位置控制模块、速度控制环、机械传动装置 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部件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置（或称作检测系统） 。
数控机床常见故障诊断与排除 数控机床进给伺服系统的基本结构
一进给伺服系统的结构
数控机床的伺服系统一般由驱动元件、机械传动部件、执行部件和检测反馈环 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部
件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置（或称作检测系
统）。）。
一进给伺服系统的结构
制环 数控机床的伺服系统一般由驱动元件、机械传动部件、执行部件和检测反馈环节等组成。
伺服电机、速度检测装置、速度反馈比较环节、速度控制模块
数控机床进给系统..
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。
数控机床的进给传动系统
1.外循环
外循环方式则在循环过程中滚珠与丝杠 脱离接触，制造相对容易些，刚性差， 噪音大，易磨损
2.内循环
内循环方式指在循环过程中滚珠始终保 持和丝杠接触。这种方式结构紧凑， 但要求制造精度较高。
第二节 进给传动机构
外循环式
a) 螺旋槽式
垫片式消隙 1-螺钉 2-调整垫片
滚珠丝杠螺母副的轴向间隙的调整方法
2.螺纹调隙式 通过转动螺母改变两个螺母间位移来消除传动副
的轴向间隙。 优点：调整方便，在出现磨损后还可以随时进行补充调整。 缺点：轴向尺寸较长，会增加丝杠螺纹部分的长度。
螺纹式消隙 1-圆螺母 2-销紧螺母
滚珠丝杠螺母副的轴向间隙的调整方法
• ②双圆弧型面。图b，当偏心决定后，只在滚珠直径滚道内相 切的两点接触，接触角不变。
螺旋滚道形状
第二节 进给传动机构
滚珠丝杠螺母副的特点:
1）传动效率高 2）给予适当预紧 3)运动平稳，无爬行现象，传动精度高 4）有可逆性 5)磨损小，使用寿命长 缺点 制造工艺复杂 不能自锁
二、滚珠丝杆螺母副的循环方式
通常用图文格式进行标注 。
滚珠丝杠标注方法
第二节 进给传动机构
滚珠丝杆的支承与制动 1)支承方式 ①一端装推力轴承 ②一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承 ③两端装推力轴承 ④二端装推力轴承及深沟球轴承
滚珠丝杠的支撑方式
(a)仅一端装推力轴承;(b) (c)两端装推力轴承;(d)两端装推力轴承和深沟球轴承
么?何为内循环和外循环方式? • 7.12 丝杠支承有哪几种?特点是什么?各适用
于什么情况下? • 7.13 滚珠丝杠副精度选择的原则是什么? • 7.14 试述滚珠丝杠螺母副消除问隙及预加载
数控机床进给系统
8.2 数控机床进给系统
直齿圆柱齿轮传动副消除间隙的方法： 2）锥度齿轮轴向垫片调整法
齿轮1和齿轮2相啮合，其分度圆齿 厚沿轴向方向略有锥度，这样就可 用垫片3使齿轮2沿轴向移动，从而 消除两齿轮的齿侧间隙。
1）2）这两种方法结构简单，能传 递较大的动力，但齿轮磨lector
螺母 Nut
内循环结构：反向器尺寸较长，承载钢球数减少，且钢球高速时流畅性 差；而外循环插管式结构简单，承载能力大，不受导程限制。
8.2 数控机床进给系统
内循环：始终与丝杠保持接触
8.2 数控机床进给系统
滚珠丝杠螺母副的特点 摩擦系数小，传动效率高； 动静摩擦系数之差小，运动灵敏，低速时无爬行，随动精度和定位 精度高； 可通过预紧和间隙消除措施提高轴间刚度和反向精度。 制造工艺复杂，成本高； 在垂直安装时不能自锁，因而需要附加制动机构。
8.2 数控机床进给系统
丝杠（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母 （丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变换成直线运动。
8.2 数控机床进给系统
滚珠循环方式常用的有两种： 外循环：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触
8.2 数控机床进给系统
内循环：始终与丝杠保持接触
滚珠 Ball
丝杠 Screw
常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式： 垫片预紧方式 螺纹预紧方式 齿差预紧方式
轴向间隙通常指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最 大轴向窜动。结构本身的游隙、弹性变形所造成的窜动等。
8.2 数控机床进给系统
垫片预紧方式
调整垫片厚度， 使螺母产生轴 向位移，该形 式结构简单， 调整方便，应 用广，但仅适 用于一般精度 机构。
第7章 数控机床的进给伺服系统PPT课件
式中 J1、J2——齿轮的转动惯量(N·m·s2)；J3——丝杠的转动惯量 d ——冲当量(mm／脉冲)。
然后进行负载启动频率fqF 的估算； 式中 fq——空载启动频率(Hz)，T——由矩频特性决定的力矩(Nm)
J——电机转子转动惯量(N·m·s2)。 依照机床要求的启动频率fqF ，可选择fq
第七章 数控机床的进给伺服系统
7-1 概述 7-2 步进电动机及其驱动系统 7-3 直流伺服电动机及其速度控制 7-4 交流伺服电动机及其速度控制 7-5 主轴驱动 7-6 位置控制
§ 7-1 概述
立式铣床
加工中心 刀库刀具定位电机 机械手旋转定位电机
带制动器伺服电机 主轴电机
伺服电机
伺服驱动系统（Servo System)
称做空载运行频率fmax。它也是步进电动机的重要性能指标，对于提高 生产率和系统的快速性具有重要意义。
fmax 应能满足机床工作台最高运行速度。
6. 运行矩频特性 运行矩频特性T＝f(F)是描述步进电动
机连续稳定运行时，输出转矩T与连续运行 T 频率之间的关系。它是衡量步进电动机运转 时承载能力的动态性能指标。
f
三、步进电动机驱动电源 1. 作用 发出一定功率的电脉冲信号，使定子励磁绕组顺序通电。 2. 基本要求 （1）电源的基本参数与电动机相适应； （2）满足步进电动机起动频率和运行频率的要求； （3）抗干扰能力强，工作可靠； （4）成本低，效率高，安装维修方便。
1.步距角 步进电动机每步的转角称为步距角，计算公式：
θ＝ 360 (°) Z mK
式中 m—步进电动机相数 Z—转子齿数 K—控制方式系数， K=拍数p/相数m
数控机床进给系统设计
数控机床进给系统设计数控机床是一种利用数字控制技术来操作机床进行加工的设备。
其中，进给系统是数控机床的核心部件之一，主要负责实现机床轴向运动的精确控制。
本文将从设计原理、系统构成和性能要求三个方面，对数控机床进给系统进行详细阐述。
一、设计原理数控机床进给系统的设计基于三轴坐标系，即X轴、Y轴和Z轴。
当工件需要在不同方向上进行加工时，可以通过对这三个坐标轴的控制，实现工件在平面和立体方向上的运动。
进给系统的基本原理是将需要控制的轴运动距离和速度转换为数字信号，通过数字控制器产生的脉冲信号驱动伺服电机，实现机床的精确控制。
二、系统构成数控机床进给系统由三个主要组成部分构成：数字控制器、伺服驱动器和伺服电机。
数字控制器是整个系统的大脑，负责生成运动指令、计算速度和位置等参数，并将其转换为脉冲信号。
伺服驱动器接收数字控制器发送的脉冲信号，将其转换为电流信号，并通过电机的转矩控制反馈实现机床运动控制。
伺服电机则是进给系统的执行机构，根据伺服驱动器的控制信号，转化为机床轴向的运动。
三、性能要求数控机床进给系统在设计中需要具备多项重要性能要求，以满足机床加工的精度和效率要求。
首先，系统需要具备高速响应能力，能够快速准确地响应指令并实时控制机床轴向运动。
其次，系统需要具备高精度定位能力，能够实现亚微米级的定位精度，以满足精密加工的要求。
此外，系统还需具备较大的负载能力，能够承受较大的加工力矩，以应对各种加工过程中的需求。
同时，在设计中还需要考虑系统的稳定性和可靠性，以确保系统的长期稳定运行，并减少维护和故障排除的成本。
总结起来，数控机床进给系统是数控机床的核心组成部分之一，其设计原理基于三轴坐标系的控制，通过数字控制器、伺服驱动器和伺服电机的协同工作，实现机床轴向运动的精确控制。
进给系统的设计需要满足高速响应、高精度定位、较大负载和稳定可靠等多项性能要求，以保障机床加工的高效精度。
数控机床的进给系统原理与自动控制方法
数控机床的进给系统原理与自动控制方法随着科技的不断进步和发展，数控机床已经成为现代制造业中不可或缺的重要设备。
数控机床的进给系统是其核心部件之一，它负责控制工件在加工过程中的进给速度和位置。
本文将介绍数控机床进给系统的原理和自动控制方法。
一、数控机床的进给系统原理数控机床的进给系统原理主要基于数学模型和控制理论。
它通过传感器采集工件的位置信息，再经过信号处理和数据分析，最终控制伺服电机的运动。
进给系统的主要组成部分包括伺服电机、滚珠丝杠、编码器和控制器。
伺服电机是进给系统的驱动源，它能够根据控制器的指令来调整自身的转速和转矩，从而实现工件的进给运动。
滚珠丝杠则负责将伺服电机的旋转运动转化为线性运动，通过滚珠丝杠的螺距和转动角度，可以精确控制工件的进给速度和位置。
编码器则用于测量工件的实际位置，将其反馈给控制器，以便及时进行误差修正和调整。
控制器是进给系统的核心，它根据预设的加工参数和工件的实际位置信息，计算出伺服电机的控制指令，并将其发送给伺服电机。
在控制器中，通常会采用PID 控制算法来实现对伺服电机的精确控制。
PID控制算法通过比较工件的实际位置和预设位置的差异，调整伺服电机的转速和转矩，使工件能够按照预设的轨迹进行进给运动。
二、数控机床的自动控制方法数控机床的自动控制方法主要包括手动控制和自动控制两种方式。
手动控制是指操作人员通过控制面板或手柄手动调节数控机床的进给速度和位置。
在手动控制模式下，操作人员可以根据实际情况进行微调和调整，以便更好地掌握加工过程。
手动控制在数控机床的调试和维修过程中起着重要的作用，它可以帮助操作人员及时发现问题并进行处理。
自动控制是指通过预设的加工程序和控制参数，实现数控机床的自动化操作。
在自动控制模式下，操作人员只需输入加工参数和工件的几何信息，数控机床就能够根据预设的程序自动完成加工过程。
自动控制不仅提高了加工效率和精度，还减少了人为因素对加工质量的影响，提高了生产的稳定性和一致性。
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齿差调隙式的结构较为复杂，尺寸较大，但是调整方 便，可获得精确的调整量，预紧可靠不会松动，适用 于高精度传动。
每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成
内循环方式（如图）带有反向器 5， 返回的滚珠经过反向器和丝杠外圆之 间返回。
滚珠丝杠螺母副的优点： 在传动时，滚珠与丝杠、螺母之间基本上是滚动 摩擦，所以具有很多优点：
1）传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率很高 可达92％-98％，是普通丝杠传动的2-4倍。
2）摩擦力小。因为动、静摩擦系数相差小， 因而传动灵敏，运动平稳、低速不易产生爬行， 随动精度和定位精度高。
如图是双螺母齿差调隙式结构，
在两个螺母2和5的凸缘上各制有一个圆柱齿轮，两个 齿轮的齿数只相差一个齿，即z2-z1=1。 两个内齿圈1和4与外齿轮齿数分别相同，并用螺钉和 销钉固定在螺母座3的两端。
调整时先将内齿圈取下，根据间隙的大小调整两个 螺母2、5分别向相同的方向转过一个或多个齿。
使两个螺母在轴向移近了相应的距离达到调整间隙 和预紧的目的。
2、提高传动精度和刚度：
（1）保证进给系统中滚珠丝杠螺母、蜗轮蜗杆和支 承结构的加工精度，提高传动精度和刚度。
（2）在进给链中加入减速齿轮或同步带传动，减小 脉冲当量，从设计角度提高传动精度。
（3）采用预紧消除传动件间隙，提高传动精度。
3、减少惯量：高速运转零件的惯量影响伺服系统的 启动和制动特性。
但是滚珠丝杠也有如下缺点；
l）制造成本高。
2）不能实现自锁。由于其摩擦系数小不能 自锁，当用于垂直位置时，为防止因突然停断电 而造成主轴箱下滑，必须加有制动装置。
2、滚珠丝杠螺母副间隙的调整
滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙。
轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和 螺母之间的最大轴向窜动量。
除了结构本身所有的游隙之外，还包括施加轴向载荷 后产生弹性变形所造成的轴向窜动量。
传动齿轮间隙消除机构 导轨
一、对进给运动的要求
数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，
被加工件的最后轮廓精度和加工精度都会受到进给 运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。
为此，对进给系统中的传动装置和元件要求具有高 的寿命，高的刚度，无传动间隙，高的灵敏度和低 摩擦阻力的特点，
如导轨必须具有较小的摩擦力，耐磨性要高，所以 一般采用滚动导轨、静压导轨和减磨滑动导轨等。
当丝杠相对于螺母旋转 时，两者发生轴向位移 ，而滚珠则可沿着滚道 流动，
按照滚珠返回的方式不同可以分为内 循环式和外循环式两种方式。 外循环式（如图）螺母旋转槽的两端 由回珠管4连接起来，
返回的滚珠不与丝 杠外圆相接触， 滚珠可以作周而复 始的循环运动， 在管道的两端还能 起到挡珠的作用， 用以避免滚珠沿滚 道滑出。
3）使用寿命长。滚珠丝杠副采用优质合金 钢制成，其滚道表面淬火硬度高达60-62HRC，表 面粗糙度值小，另外，因为是滚动摩擦，故磨损 很小。
4）经预紧后可以消除轴向间隙，提高系统 的刚度。
5）反向运动时无空行程，可以提高轴向运 动精度。
滚珠丝杠螺纹副的缺点：
因为滚珠丝杠副具有这些优点，所以现在各类中 、小型数控机床的直线进给系统普遍采用滚珠丝 杠。
间隙消除量⊿可用下式简便地计算出：
⊿=nt/z1/z2或n=⊿z1z2/t 式中 n--螺母在同一方向转过的齿数；
t--滚珠丝杠的导程；
z1，z2--齿轮的齿数。 例如，当z1=99、z2=100、t=10mm时， 如果两个螺母向相同方向各转过一个齿时，其相对轴 向位移量为
s=t／(z1z2)=10／(100*99)≈0.00lmm， 若间隙量为0.005mm，则相应的两螺母沿同方向转过 5个齿即可消除。
消除间隙的方法除了少数用微量过盈 滚珠的单螺母消除间隙外，常用的方 法是用双螺母消除丝杠、螺母间隙。
如图是双螺母垫片调隙式 结构，通过调整垫片的厚 度使左右螺母产生轴向位 移，就可达到消除间隙和 产生预紧力的作用。这种 方法结构简单、刚性好、 装卸方便、可靠。但缺点 是调整费时，很难在一次 修磨中调整完成，调整精 度不高，仅适用于一般精 度的数控机床。
当旋转运动被转化为直线运动时，为了 提高转换效率，保证运动精度，滚珠丝 为杠了螺提母高 副位 被移 广精泛度使用，减。少传动误差，对采用的各种 机械部件首先保证它们的加工精度，
其次采用合理的预紧来消除轴向传动间隙，
所以在进给传动系统中广泛采用各种间隙消除措施 ，
但是采用预紧等各种措施后仍然可能留有微量间隙 。
此外由于受力的作用后产生弹性变形，也会产生间 隙，
所以在进给系统反向运动时仍需由数控装置发出脉 冲指令进行自动补偿。
综合而言，在设计进给系统时，应充分 注意减少摩擦阻力、提高传动精度和刚 度、消除传动间隙、减少运动部件惯量 。 1、减少运动件之间的摩擦阻力：摩擦阻力主要来自 丝杠螺母和导轨；对其进行滚动化是重要措施。
数控技术
第七讲
第二章 数控机床的结构
第一节 数控机床的结构要求 第二节 数控机床主传动系统及主轴部件 第三节 数控机床的进给系统 第四节 数控机床回转工作台 第五节 数控加工使用的刀具及自动换刀系统 第六节 数控加工用辅助装置
第二章第三节数控机床进给系统
一、 二、 三、 四、
对进给运动的要求 滚珠丝杠螺母副
为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间 隙。
用预紧方法消除间隙时应注意，预加载荷能够有效 地减少弹性变形所带来的轴向位移，但预紧力不宜 过大。 过大的预紧载荷将增加摩擦力，使传动效率降低， 缩短丝杠的使用寿命。
所以，一般需要经过多次调整才能保证机床在最大 轴向载荷下既消除了间隙又能灵活运转。
二 、滚珠丝杠螺纹副
1、
滚珠丝杠螺母副的特点
2、
滚珠丝杠螺母副间隙的调整
3、
滚珠丝杠的安装
4、
滚珠丝杠的防护Biblioteka 5、滚珠丝杠螺母副的代号、精度等级和标注
1、 滚珠丝杠螺母副的特点
滚珠丝杠工作原理：
如图是滚珠丝杠结构图 ，其工作原理是：
在丝杠和螺母上加工有 弧形螺旋槽，当把它们 套装在一起时形成螺旋 通道，并且滚道内填满 滚珠。