伺服进给传动系统设计
进给伺服系统
变换前后由同样的旋转磁势（即产生同样的旋转磁 场）
方法
A、B、C三相坐标系的交流量→D、Q两相固定坐 标系的交流量→转子磁场定向的M’－T’直角坐标系 的直流量
电动机控制对比
直流电动机
与电机电磁转矩相关的主磁通Φ和电枢电流Ia是相 互独立的两个变量
分别控制励磁电流和电枢电流，即可方便地进行转 矩电压U
改变Ke
即改变磁通量Φ（改 变激磁回路电阻Rj以 改变激磁电流Ij）
在电枢回路中串联调 节电阻Rt，此时，转 速公式变为
n (U IaRa) ke
n U Ia (Ra Rt ) ke
大惯量直流伺服电机
又称：
宽调速直流伺服电机、直流力矩电机
激磁方式：
PWM调速的特点
开关频率高 纹波系数低 频带较宽 可在高峰值电流下工作
4.4 交流伺服系统
含义：
使用AC电机的伺服系统
分类：
交流感应电机（异步）：结构简单，容量大， 价格低，一般用作主运动的驱动电路
交流同步电机（永磁）：进给运动的驱动电 机
永磁同步式交流伺服电机
组成：
交流伺服电机调速
永磁式
特点：
输出力矩大：
高性能的磁性材料，产生强磁场φ，具有大的矫顽力和足 够的厚度，能承受高的峰值电流以满足快的加减速要求
增加转子的槽数和槽的截面积，增大磁极对数，使得转矩惯量比增大，电枢电感减小，电机的机械时间常数和电气 时间常数都减小，改善响应的快速性。
大惯量直流伺服电机
特点：
大惯量的结构使在长期过载工作时具有大的 热容量，过载能力强，允许持续过载的时间 长。
之内成为不稳定因素，设计和调试较困难
4.2 步进电机及其调速
《进给伺服系统》课件
简介
了解进给伺服系统的概念、应用领域，以及其在工业领域中的重要性。快速 掌握进给伺服系统的基本定义和特点。
构成
伺服电机
了解伺服电机在进给伺服系统中的作用以及 不同类型的伺服电机。
编码器
介绍编码器的作用和重要性，探讨不同编码 器类型和应用。
电力放大器
深入了解电力放大器的原理和功能，它在进 给伺服系统中扮演的角色。
《进给伺服系统》PPT课件
# 进给伺服系统PPT课件大纲 ## 简介 - 什么是进给伺服系统？ - 进给伺服系统的应用领域 - 进给伺服系统的特点和重要性 ## 进给伺服系统的构成 - 伺服电机 - 电力放大器 - 编码器 - 控制器 ## 进给伺服系统的工作原理 - 指令输入和控制信号生成 - 反馈信号获取与处理 - 控制信号输出和执行 ## 进给伺服系统的性能参数 - 定位精度调Fra bibliotek和优化1
伺服参数设置
详细讨论伺服参数设置的重要性，以
模拟调试和实际调试
2
及如何根据需求进行调整。
介绍模拟调试和实际调试的流程，以
及优化过程中可能遇到的挑战。
3
优化方法和注意事项
提供一些优化方法和注意事项，帮助 读者更好地调试和优化进给伺服系统。
进一步发展
数字化技术
探讨数字化技术对进给伺服系统的发展和应用的影响。
性能参数
定位精度
介绍进给伺服系统 的定位精度参数及 其对系统性能的影 响。
重复定位精度
探讨系统的重复定 位精度参数，以及 如何优化系统以实 现更高的精度。
响应速度
详细说明进给伺服 系统的响应速度参 数，以及如何提高 系统的响应速度。
负载惯性比
介绍负载惯性比在 进给伺服系统中的 重要性，以及如何 平衡负载和惯性。
数控车床工作台二维运动伺服进给系统设计
数控车床工作台二维运动伺服进给系统设计摘要：数控车床在制造业中起着至关重要的作用。
为了提高生产效率和产品质量，设计一个稳定可靠、精确灵活的二维运动伺服进给系统尤为重要。
本文将针对数控车床工作台的二维运动伺服进给系统进行设计，包括运动控制算法、驱动器选型、传感器选择等方面。
1.引言数控车床是一种以电子技术、计算机技术和车床技术为基础的现代化机床。
它通过运动控制系统实现工作台的运动，可以实现复杂的加工工艺。
二维运动伺服进给系统是数控车床的核心部件之一2.运动控制算法运动控制算法是二维运动伺服进给系统的核心技术之一、常用的运动控制算法包括PID控制算法、自适应控制算法等。
PID控制算法是一种经典的，应用广泛的控制算法，它根据测量值与期望值的差异计算出控制量，并对系统进行修正。
自适应控制算法则是根据系统的参数变化自动地调整控制参数。
在设计二维运动伺服进给系统时需要根据实际情况选择合适的控制算法。
3.驱动器选型驱动器是实现工作台运动的关键部件，它将控制信号转换为电力信号，驱动电机工作。
在选择驱动器时需要考虑工作台的负载情况、速度要求和精度要求等因素。
常用的驱动器有直流伺服驱动器、交流伺服驱动器和步进驱动器等。
在设计二维运动伺服进给系统时需要根据实际情况选择合适的驱动器。
4.传感器选择传感器可以实现对工作台位置、速度和负载等参数的测量，是二维运动伺服进给系统的重要组成部分。
根据需要可以选择位置传感器、速度传感器和负载传感器等。
常用的位置传感器有编码器、激光干涉仪等，速度传感器有霍尔传感器、光电传感器等，负载传感器有压力传感器、力传感器等。
在设计二维运动伺服进给系统时需要根据实际需求选择合适的传感器。
5.结论设计一个稳定可靠、精确灵活的二维运动伺服进给系统对于提高数控车床的加工精度、提高生产效率具有重要意义。
本文针对数控车床工作台的二维运动伺服进给系统进行了详细的设计，包括运动控制算法、驱动器选型、传感器选择等方面。
CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计
__届毕业（设计）论文题目CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计专业班级学号学生姓名随笔客指导教师指导教师职称学院名称机电工程学院完成日期： 2014 年 5 月 25日CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计CK6140 CNC lathe main drive system and feed servo system design学生姓名指导教师摘要本文介绍了CK6140数控车床的组成及工作原理，对数控机床的主要组成部分：机床主轴箱，进给伺服系统及主轴PLC控制进行了总体的设计及其详细设计。
数控机床是现代机电一体化的典型产品，对提高零件的加工质量和加工效率具有较好的作用。
在本次设计中，主要完成了以下工作：根据给出的要求，首先确定设计要求给出的已知条件确定电机的型号和功率，传动系统的布局，变速方式，开停方式，换向方式，制动方式及齿轮的排列与布置。
然后根据转速范围及级数确定它的转速图、各齿轮的齿数和传动系统简图。
在根据已确定传动比来确定带传动。
通过轴的初步设计，进行齿轮的设计和校核。
选取相应的轴承和键，进行轴的具体设计和校核，键和轴承的设计和校核。
最后进行装配图和各个零件图的绘制，完成主轴箱的设计。
然后完成伺服系统的设计。
在对进给伺服系统进行设计时，要确定进给传动系统的传动方式及控制系统的形式。
设计中，选择进给伺服系统为开环控制系统。
通过给定的参数选择好步进电机的步距角可确定传动齿轮的传动比及滚珠丝杆的导程。
设计的进给伺服系统能够满足设计任务的要求。
关键词：数控机床主轴箱进给伺服系统AbstractThis thesis introduced the constitution and working principle of CK6140 machine tool，the primarily parts of NC machine tool designed：including proceeds the total design and detailed design. NC machine tool is a modern machine to give or get an electric shock the integral whole the typical model of technique the processing of product, right exaltation spare parts the quantity with process the efficiency to have the good function. In this design,primarily completed following work.According to the timetable to design. First identified design requirements given the known conditions determine the type and electrical power, drivetrain system layout, speed change, stop the way for the way braking and gear configuration and the way layout. Based on rotational speed and scope of the class to determine its rotational speed maps, the various gear and drivetrain system Chishu sketch. In accordance with established transmission belt transmission than to determine. Through axle of the preliminary design, gear design and verification. The bearings and get used to a specific axle design and verification, design and verification keys and bearings. Final assembly of the various parts and mapping. Completed the design of headstock.Then completing the design of the servomechanism system. In designing of servo system, we can determine driving mode of driving system and controlling mode of controllingsystem,choosing the servo system for opening wreath control the system.Passing the parameter to settle the choice the good step the step for the electrical engineering the distance cape can make sure to spread to move the spreading of wheel gear to move the radio the roll the bead silk the think stick's lead. Design of into give the servo system can satisfy to designthe request of the mission.Keywords：NC Machine Tool；Axis Housing；Servomechanism目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章卧式数控车床简介 (1)1.1数控车床简介 (1)1.2 CK6140介绍及设计说明 (2)1.3设计任务 (3)第二章 CK6140总体设计计算 (6)2.1总体设计要求 (6)2.2机床的总体布局的确定 (7)2.3换向方向的选择 (7)2.4开停方式选择 (8)2.5 制动方式选择 (8)2.6 齿轮布置与排布 (8)2.7 变速方式选择 (9)2.8进给系统的组成及选用 (10)第三章主变速箱总体设计 (12)3.1电机的选用 (12)3.2传动方案的拟定 (15)3.3确定各级的转速.................................... 错误!未定义书签。
数控机床纵向进给伺服系统设计综述
陕西科技大学目录1.1 设计任务 (2)1.设计题目： (2)2.设计内容与要求 (2)1.2 总体方案设计 (2)1.2.1带有齿轮传动的进给运动 (2)1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算 (2)1.选择脉冲当量 (2)2.计算切削力 (2)1）纵车外圆 (2)2)横切端面 (2)3.滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)1）纵向进给丝杠 (3)2)轴承选择。
(7)3）定位精度校核 (8)4.齿轮传动比计算。
(9)总结 (10)参考文献 (11)数控机床纵向进给伺服系统设计1.1 设计任务1.设计题目：数控机床纵向进给伺服系统设计2.设计内容与要求课题说明某一数控机床纵向进给伺服系统设计要求如下：纵向最大进给力为5000N，工作台重300Kg，工件及夹具的最大重量为500Kg，工作台纵向行程680mm，进给速度1～4000mm/min，快速速度15m/min。
导轨为矩形，表面粘贴聚四氟乙烯软带（摩擦系数为：0.04）。
要求的定位精度为±0.006mm。
设计内容——传动系统设计，主要包括运动转换机构、连接支撑方式等。
设计参数如下：(1)纵向行程：680mm(2)最大加工直径：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3)最大加工长度：1000mm(4)纵向进给速度：0.001～4m/min(5)纵向快速速度：15m/min(6)工作台重：300Kg(7)工件及夹具的最大重量：500Kg(8)摩擦系数为：0.04(9)代码制：ISO1.2 总体方案设计1.2.1带有齿轮传动的进给运动图1—1图1—2数控机床的伺服进给系统采用闭环系统，由于是数控机床纵向伺服系统，总体方案，从电动机出来带有齿轮传动，配上滚珠丝杠（采用滚珠丝杠可以提高系统的精度和纵向进给整体刚度）。
1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算1.选择脉冲当量根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向为0.01mm/步，横向为0.005mm/步（半径）。
精密复合数控磨床伺服进给系统优化设计
Ｄ Ｉ Ｎ Ｇ Ｑ ｉ ｎ ｇ ｘ ｉ ｎ ， Ｌ Ｉ Ｙ ａ ｎ ， Ｚ ＨＡ Ｏ Ｈ ｏ ｎ ｇ ｌ ｉ ｎ ， Ｔ ｉ ａ ｎ Ｆ ｅ ｉ （ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ２ ２ ４ ９ 。Ｃ Ｈ Ｎ）
精密复合数控磨床是保证航 空业 、 军事及光学元 件等 尖端 领 域 发 展 的关 键 设 备 ¨ Ｊ 。 国家 在 高 档 数 控
机床 与 基 础 制 造 装 备 科 技 重 大 专 项 （ ２ ０ ０ ９ Ｚ Ｘ ０ ４ ０ ０ １ — １ ２ ２ ） 子课 题 精 密 复 合 数 控 磨 床 的研 制 中提 出 了要 达 到 国际 同类产 品的技术 水平 。磨 床 采用 直线 电动 机伺 服系 统 ， 其 加 工精 度主 要 取决 于 系 统 的 动态 特 性 Ｊ 。 对 磨 床伺 服系 统进 行 建模 和 优 化 ， 可 以 得 到 系统 动 态 特性 的最优 匹 配参 数 ， 从 而 对 数 控机 床参 数 调 节 具 有
指 导 意 义。
＝
［ ｕ 一 Ｒ ｑ 十 手 峨一 ］（ ２ ）
ｙ ｄ ｘ： ＝ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（ ４ 斗 ）
未 ＝ ｛ ［ ＋ （ 一 Ｌ ｑ ） ］ ｝（ ３ ）
式中： “ 、 “ 为动 子 电压 ； ｉ 、 ｉ 。 为 动 子 电流 ； 。 、 为 三
优 化 方法 的有 效性 。
关键 词 ： 精 密机 床
直 线 电动机
粒 子群 算 法
伺 服进 给 系统
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ３ ５ ９ ． ４
文 献标 识码 ： Ａ
Ｏｐ ｔ ｉ ｍａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ＣＮＣ ｇ ｒ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ
数控进给伺服系统课件
t
下午11时20分
数 控 技 术
第一节 概述
⒋ 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， F
第 四 章 进 给 伺 服 系 统
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，否则
tp
第 四 章 进 给 伺 服 系 统
节距2τ（2mm）
馈单元；机械执行部件。
6
下午11时20分
数 控 技 术
第一节 概述
位置控制单元 CNC 插补 指令 + 位置控制调节 器
速度控制单元 +
-
第 四 章 进 给 伺 服 系 统
速度控制 调节与驱动
机械执行部件
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
电机
检测与反馈单元
7
下午11时20分
数 控 技 术
第一节 概述
8术
第一节 概述
⒉ 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)
第 四 章 进 给 伺 服 系 统
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。
9
下午11时20分
数 控 技 术
第一节 概述
一. 进给伺服系统的定义及组成
1、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。
第 四 章 进 给 伺 服 系 统
2、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
数控车床伺服进给系统设计
２ ２ 滚珠丝 杠副载 荷及转 速计 算 ． 这里 的载荷及转 速是 指 ，滚珠丝 杠 的当量载荷 Ｆ 与 当量转 速 ． 当负 荷与转 速接 近正 比变 化时 ，各 种转 速使 用机会均 等 ，可按下 列公 式计算 ：
作 ｆｒ０嵩－５ ， ，． 口人 助 工师 主 从机 实 实 教 方 研 誓 期 昊－６０） 宁 市 ，理 程 ，要 事 械 习训 学 面 究 ｊＣ ２ ９－ 男 ｆ 营 ，１ ８ ｆ ：奥。 ２ ｔ ￣ １１ 日 吴 （ 矶买．毅力饼 头 罕 圆咒
Ｆ一 ＝ Ｆ进 拾＋ Ｆ ｉ
（） ４
则 Ｆｒ ｏ ＝＝２０ ０ ． —２ｏ ４ ８Ｎ．故 Ｆ － ０ ＋４ ８ ｏ ． ￣
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则 ｎ 一
－ ２ ８ｒ ｍｉ． ０ ／ ｎ
吴奥 嵩
数 控 车 床 伺 服 进 给 系统设 计
８ ７
Ｆ：
ｍ
±
３
（） ２
假设 刀架 重量 １ ０ｋ ，溜板 重量 ２ ｇ ０ ｇ Ｏｋ ，电机 重量 １ ０ｋ ０ ｇ
Ｆ ＝ ｇ ｉ
・
（） ３
式 中 ，为滚动 摩擦 系数 ，取 ， ． ０ ，则 Ｆ ｉ ． ０ ×（ ０ ＋２ ） ０ ． ． ＝０ ０ ４ ＝Ｏ ０ ４ ｉ ０ ０ ×１ ＝４ ８Ｎ
１ 伺 服进给 系统主 要技术 参数
（ ）进 给运动行 程． Ｘ 轴 ：３ ０ｍｍ；Ｚ轴 ：９ ０ｍｍ． １ ５ ５ （ ）进 给速度 范围． Ｘ 轴 ：１ ０ ２ ～５０ ０ｍｍ／ ｎ ｍｉ；Ｚ轴 ：１ ０ ～６０ ０ ｍｍ／ ｎ ｍｉ． （ ）快 速移动 速度． Ｘ 轴 ：１ ｍｉ ；Ｚ轴 ：１ ｍｉ． ３ ２ｍ／ ｎ ２ｍ／ ｎ （） 最大进 给力．Ｘ 轴 ：２０ ０Ｎ；Ｚ轴 ：５０ ０Ｎ． ４ ０ ０ （）定 位精度 ．Ｘ 轴 ：０ ０ ４ ｒｍ／ ０ ５ ．０ ａ ３ ０ｍｍ；Ｚ轴 ：０ ０ ４ｒｍ／ ０ ． ０ ａ ３ ０ｍｍ． （） 重复定位 精度 ．Ｘ 轴 ：０ ０ ２ｍｍ／ ０ ６ ． ０ ３ ０ｍｍ；ｚ轴 ：０ ０ ２ｍｍ／ ０ ．０ ３ ０ｍｍ． （ ）横 向滑板 上刀 架重 量 ：１ ０ｋ ． ７ ０ ｇ ２ 数控 车床伺服 进给 系统 ｘ 轴 设计 ２ １ 确定 滚珠丝杠 导程 Ｐ ． ｈ
进给伺服系统的机械传动结构
进给伺服系统的机械传动结构由于进给伺服系统采用伺服电机作为动力驱动元件，有伺服系统可以实现进给速度的自动无级调速，无须机械变速，所以，进给传动链大大缩短。
对直线移动的执行部件，伺服电机通常只经一对传动副（齿轮、齿形同步皮带轮）或直接于丝杠（直线运动转换元件）连接。
缩短传动链极大的提高了传动精度和刚度。
尽管如此，为了保证进给伺服系统的传动性能要求，在机械传动结构设计时，除选较高精度的传动元件外，还必须在结构上减少和消除传动间隙。
一、电机与丝杠的连接结构1、齿轮传动齿轮传动的作用：改变运动方向、降速、增大扭矩、适应不同丝杠螺距和不同脉冲当量的匹配。
齿轮传动有侧隙，造成反向运动死区，必须设法消除。
双齿轮错齿消隙结构：对直齿轮：将一对齿轮中的大齿轮，分成两个齿轮，套装在一起，两个齿轮的同侧单面上分别均布安装四个带凸耳的螺钉，用弹簧（拉簧）将两螺钉连接起来，通过弹簧的拉力使两齿轮自然错开，这样，两个大齿轮在传动时分别与小齿轮的齿槽的两个侧面始终保持啮合，从而达到消除侧隙的目的。
通过调整弹簧的拉力来满足传动扭矩的要求。
对斜齿轮：将一个斜齿轮分成两个薄齿轮，在两个薄齿轮之间加垫片，改变垫片的厚度，使两薄斜齿轮的螺旋线错位，分别与宽齿轮齿槽的两个侧面啮合，从而消除侧隙。
侧隙消除量Δ与垫片增减量Δt的关系。
可由下式计算：Δt=Δctgβ2、同步（齿形）带传动同步带传动是由一根内圆周表面设有等间距齿的封闭胶带和相应的带轮所组成的传动。
传动时，同步带和带轮多齿啮合，具有齿轮传动，链传动和带传动的优点。
无相对滑动，传动平稳，均匀，无啮合间隙。
由于胶带中间有金属骨架，弹性伸长很小，具有较好的传动刚度。
是一种好的无隙传动，所以，在伺服进给传动中得到应用。
3、齿轮或带轮与轴的连接当齿轮或带轮与轴的连接时，也需要消除传动间隙。
采用双键消除间隙：用紧定螺钉在键的侧面顶紧键，使键紧靠键槽，消除间隙，两个键分别传动不同旋转方向。
采用锥环副连接：锥环副由一个带内锥的圆环和一个带外锥的圆环配对组成。
大型曲轴车铣机床伺服进给系统设计研究
传 动机构 的数 学模 型 ， 并运 用传 统 Ｐ Ｄ 算法对 所 设计 的进 给 系统进 行控 制 计算 ， 用 ＭＡＴ Ａ Ｉ 利 Ｌ Ｂ对
系统 的动态性 能进行仿 真 ， 并确 定 了伺服机构 的参 数 ， 以此 又 给 出 了避 免 直线 双 驱动 过定 位 的条 并 件， 为大型 曲轴加 工机床进 给 系统的设计 提供 了理论 依据 。 关键 词 ： 大型 曲轴 车铣机床 伺 服进给 系统 中 图分 类号 ： Ｐ ７ Ｔ ２３ 文献标 识码 ： Ａ
ｔ ｅ ｓ ｒ ｏ ｓ ｃｏ ｓ ｄ ｔｒ ｎ ｄ ｈ ｅ ｖ ｅ ｔ ｒｉ ｅｅ ｍｉ ｅ ．Ｆｉ ｌ ｈ ｔ ｈ ｖ ｉ ｏ ｄ ｔｏ ｆｔ ｅ ｌｎ ａ ｏ ｂｌ ｄ ｒ ｅ ｆ ｏ ａｉ ｎ ｉ ’ ｎ ｔ ａ ，ｔ ｅ ａ ｏｄ ｃ ｎ ｉｉｎ ｏ ｈ ｉ ｅ ｒｄ ｕ ｅ－ ｉｖ －ｏ ｌｃ ｔ ｓ ｏ ｏ
万 吨轮 以上 的超大功 率低速 曲轴） 是一 个 国家 ￣１ Ｈ２ 综合 制造能 力 的体 现 ， 全世 界 只有极 少数 国家 能生产 。 超 大型 曲拐 的加 工 更是 超 大功 率 低速 ｝ 轴 加 工 的 瓶 ｝ ｝ ｉ
颈， 高效 、 高精超 大型 曲拐加工 机床 和 车铣 加工 见 图 １ 所 示 。此类 机床 只德 国有 ， 机 床 又依 据 车铣 这 一现 该 代加工 方法 设计 而成 。
我 国近几 年引进 了超大 型 曲轴 的精 加 工机 床 （ 图
２ 。 目前 我 国 曲 拐还 是 采 用 传 统 普 通 的单 柱 立 车 进 ） 行车 削加工 ， 加工 效率 和精度都很 低 ， 制超大 型 曲 其 研
拐 加工 的车铣机 床就 显得 十分必要 。 由于单 曲拐的重 量 在 十几 吨 以上 ， 加 工过 程 中 且 又 是偏心 安装 ， 因而在加 工 中会 产生 很大 的离心力 ； 离
伺服进给系统的课程设计
伺服进给系统的课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握伺服进给系统的基本原理、组成及其在机械加工中的应用。
通过本课程的学习，学生能说出伺服进给系统的各个组成部分，理解其工作原理，掌握伺服进给系统的调整和使用方法，提高实际操作能力。
1.了解伺服进给系统的组成及工作原理。
2.掌握伺服进给系统的调整和使用方法。
3.知道伺服进给系统在机械加工中的应用。
4.能正确识别伺服进给系统的各个组成部分。
5.能熟练操作伺服进给系统，进行机械加工。
6.能根据加工需求，调整伺服进给系统的参数。
情感态度价值观目标：1.培养学生对新技术的兴趣和好奇心，提高学生学习新技术的积极性。
2.培养学生团队合作精神，提高学生解决实际问题的能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括伺服进给系统的原理、组成、应用以及调整和使用方法。
1.伺服进给系统的原理：介绍伺服进给系统的工作原理，包括电气部分和机械部分。
2.伺服进给系统的组成：讲解伺服进给系统的各个组成部分，如伺服电机、传动机构、控制器等。
3.伺服进给系统的应用：介绍伺服进给系统在机械加工中的应用案例，如数控机床、机器人等。
4.伺服进给系统的调整和使用方法：讲解如何调整伺服进给系统的参数，以及如何正确使用伺服进给系统进行机械加工。
三、教学方法本课程采用讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等多种教学方法。
1.讲授法：用于讲解伺服进给系统的原理、组成和应用。
2.讨论法：用于引导学生讨论伺服进给系统的调整和使用方法。
3.案例分析法：通过分析实际应用案例，让学生更好地理解伺服进给系统的工作原理和应用。
4.实验法：让学生亲自动手操作伺服进给系统，提高实际操作能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。
1.教材：选用国内权威出版社出版的教材，内容全面，理论与实践相结合。
2.参考书：推荐学生阅读相关领域的参考书，丰富知识体系。
3.多媒体资料：制作精美的PPT，生动展示伺服进给系统的工作原理和应用。
进给伺服系统的机械传动结构
进给伺服系统的机械传动结构
在进给伺服系统中，减速器是转动部分的关键组成部分，其作用是将
电机的高速低矩输出转化为低速高矩输出。
常见的减速器有齿轮传动、带
传动、蜗轮蜗杆传动等。
齿轮传动是最常用的减速器类型，其具有传动效
率高、结构紧凑等优点，适用于大部分进给伺服系统。
在进给伺服系统中，传动装置用于将减速器输出的旋转运动转化为线
性运动。
常见的传动装置有螺杆传动、直线导轨传动、链传动等。
螺杆传
动是应用最为广泛的传动装置类型，其利用螺杆螺帽组合，通过螺距差异
从而实现线性运动。
进给伺服系统的机械传动结构还需要考虑反向间隙、刚度和精度等因素。
反向间隙是指传动装置在反向运动时出现的滞后现象，会影响传动的
精度和快速性。
刚度是指传动装置对外力的抵抗能力，高刚度的传动装置
有利于提高系统的稳定性和抗干扰能力。
精度是指传动装置输出的线性运
动与输入的旋转运动之间的误差，影响着系统的定位精度和重复定位精度。
此外，在进给伺服系统的机械传动结构中，还需考虑传动装置的寿命
和可维修性。
寿命是指传动装置在长时间运行中的耐久程度，可维修性是
指传动装置的易维修程度，直接影响着系统的可靠性和维护成本。
总之，进给伺服系统的机械传动结构是将电机输出的旋转运动转化为
线性运动的装置，包括减速器、传动装置和负载。
通过选择合适的减速器
和传动装置，并考虑反向间隙、刚度和精度等因素，可以实现进给伺服系
统的高效、精确的运动控制。
进给伺服系统
稳定性 精度高 快速响应性 调速范围 低速大转矩输出
进给伺服系统的性能主要取决于组成系统的机电两 部分的匹配，即机电参数配合的协调性。 部分的匹配，即机电参数配合的协调性。
Shannxi University of Technology
三、进给伺服系统的控制方式
1开环控制 开环控制
Shannxi University of Technology
光源
15
Shannxi University of Technology
光电脉冲编码器的应用 光电脉冲编码器在数控机床上， 光电脉冲编码器在数控机床上，用在数字比较 伺服系统中，作为位置检测装置。 伺服系统中 ， 作为位置检测装置 。 光电脉冲编 码器将位置检测信号反馈给CNC装置有几种方 码器将位置检测信号反馈给 装置有几种方 式： 一是适应带加减计数要求的可逆计数器， 一是适应带加减计数要求的可逆计数器，形成 加计数脉冲和减计数脉冲。 加计数脉冲和减计数脉冲。 二是适应有计数控制端和方向控制端的计数器， 二是适应有计数控制端和方向控制端的计数器， 形成正走、反走计数脉冲和方向控制电平。 形成正走、反走计数脉冲和方向控制电平。
7
6
Shannxi University of Technology
2.光电脉冲编码器的工作原理 A、B信号为具有 ° 信号为具有90° 、 信号为具有 两个光电元件 错开90° 错开 A相比 相导前90°。若A相导 相比B相导前 相位差的正弦波， °相位 ° 相导 光敏元件 相比 相导前 相位差的正弦波，这 透镜 透光狭缝 码盘基片 光欄板 组信号经放大器放大 角安装。 相时为正方向旋转， 角安装。当圆 前B相时为正方向旋转，则B 相时为正方向旋转 与整形， 盘旋转一个节 与整形，得下图所示 相导前A相时就是负方向旋转 相时就是负方向旋转。 相导前 相时就是负方向旋转。 的输出方波 距时， 距时 利用A相与 相与B相的相应关系可 利用 相与 相的相应关系可 ，在光源 照射下， 照射下，就在 以判别编码器的旋转方向 z b a 节距τ 光电元件上得 m+τ/4 信号处理装置 到一个光电波 形输出 Z Z B B A A
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。
数控铣床伺服进给系统的设计计算与验证
数控铣床伺服进给系统的设计计算与验证【摘要】本文阐述了半闭环伺服进给系统设计计算的一般方法，着重介绍了伺服电机选型，主要技术参数的计算，转矩、惯量、加速能力的匹配校验及优化，定位精度的计算和校验，并附以实例设计计算及试验验证。
【关键词】伺服进给；设计计算；电机选型；参数匹配；定位精度计算及校验高速化、高精度是当今数控机床、加工中心发展方向，对机床定位精度、重复定位精度、快速响应特性提出了更为严格的要求。
合理设计伺服进给系统各项技术参数，是确保机床高可靠性、高稳定性、高精度、高品质必要条件。
1.伺服进给系统设计计算目前，一般数控机床多为半闭环控制，其进给系统设计计算，主要是在确保定位精度前提下，合理设计各项技术参数,主要包括：1、伺服电机的选型；2、转矩、惯量、加速能力的匹配校验及优化；3、定位精度的验算；4、最大死区误差是否符合定位精度的指标。
1.1伺服电机的选型⑴伺服电机最高转速nmax，其计算式为：nmax=k·(r/min) (1)式中：Vm—快进速度，m/mini—传动减速比，ｉ＝ｎ电机／ｎ丝杆S—丝杆螺距，mk—裕度系数（取1～1.5）⑵额定输出转矩Ｍｄ，其计算式为：Ｍｄ≥ＭＬＭＬ=ＭＶ+ＭＲ(2)式中：ＭＬ—伺服系统的静态转矩ＭＶ—切削负载转矩ＭＲ—整个系统的摩擦转矩①由切削力引起的折算到电机轴的切削负载转矩估算(a)X、Y轴向进给力的计算：最大圆周铣削力Ｆｃ,计算公式（不对称逆铣时为最大）：Ｆｃ式中：Ｍｍａｘ—主轴最大切削扭矩，D—刀具直径不对称铣削分力的计算公式：进给方向上的分力FH FH=0.9FC垂直于进给方向上的分力FV FV=0.7FC轴向分力Fa Fa=0.55FCX向进给力计算：Ｑｘ＝ＫＰＸ+μ０（ＰＺ+Ｐｙ＋ＧＸ）(3)Y向进给力计算：Ｑｙ＝ＫＰｙ+μ０（ＰＺ+Ｐｘ＋Ｇｙ）(4)式中：Px、Py、Pz分别为沿导轨运动方向、法向和铅垂方向的切削分力：ＰＸ＝ＦＨ;Ｐｙ＝ＦＶ;ＰＺ＝ＦａＧＸ、Ｇｙ—分别为x轴和y轴移动部件的重量μ０—当量磨擦系数，贴塑导轨μ０＝０．０４K—颠覆力矩影响系数，矩形导轨K=1.1，燕尾导轨Ｋ＝1.4(b) Z向进给力的估算(以钻孔时为最大):其计算式为：FZ=CPDXpSYpＫσ式中：系数项CP=831 ；XP= 1 ；YP=0.7D—刀具直径，mmS—每转进给量，mm/rＫσ—工件材料的修正系数，Ｋσ=（）0.75；σb—工件强度极限Z轴采用矩形贴塑导轨时，轴向进给力ＱＺ估算：ＱＺ=KFZ+μ０P (5)式中：K—颠覆力矩影响系数,取值同前FZ—Ｚ向进给力μ０—导轨当量磨擦系数，贴塑导轨μ０＝０．０４P—铣头压板对导轨面的正压力(c)进给力引起折算至电机轴的切削负载转矩ＭＶ：ＭＶ= (6)式中：Q—轴向进给力，N（Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚ为别为X、Y、Z轴向进给力）S—丝杆导程，mη—机械传动效率ｉ—传动减速比②系统的摩擦转矩ＭＲ由以下几部分组成：ＭＲ=ＭＲｆ+Ｍ０+ＭＲＳＬ(7)(a)由导轨摩擦阻力所产生的阻转矩ＭＲｆＭＲｆ=μ０·［（ｍｗ＋ｍｔ）·ｇ＋Ｆｖｔ］式中：μ０—导轨摩擦系数，贴塑导轨取0.02～0.06，滚动导轨取0.003～0.01ｍｗ—最大工件重量，kgｍｔ—移动部件重量，kgg—重力加速度，ｍ／ｓ２Ｆｖｔ—切削力在工作台垂直方向分量，NS—丝杆螺距，m(b)滚珠丝杆预紧引起的折算到马达轴上的附加摩擦转矩Ｍ０Ｍ０＝（１－η）式中：Ｐ０—滚珠丝杆预加载荷，NS—丝杆螺距，mη—传动链总效率ｉ—齿轮降速比η０—滚珠丝杆未预紧时的效率，一般η０≥０．９(c)滚珠丝杆支承轴承采用向心推力球轴承，其磨擦转矩ＭＲＳＬＭＲＳＬ=·μＳＬ·ｄｍ·Ｆａｖｌ式中：μｓｌ—轴承摩擦系数，取0.002～0.005ｄｍ—轴承内径，mＦａｖｌ—轴承轴向载荷，N对于径向轴承其摩擦阻转矩很小可忽略⑶按计算所得电机最大转速ｎｍａｘ和最大静态转矩ＭＬ，初选相应的伺服电机。
3.1进给伺服系统机械结构
2、滚珠丝杆的支承（图）
一端固定(F)一端自由(o)的支承形式，简 称F-O式（适用于短丝杠及垂直丝扛） 一端固定(F)一端浮动(s)的支承形式，简 称F—S式 （适用于较长丝杠或卧式丝枉） 两端固定的支承形式，简称F—F式 （适
用于长丝杠，以及对刚度相位移精度要求高的 场合 ）
3、滚珠丝杠螺母副的预紧
图－滚珠导轨
图－滚柱导轨
图－支撑标准件
常见故障
现象：预警力掌握不当或调整时未达到
要求所造成的滚动导轨在工作中出现的 噪声过大、振动过大；导轨长度不均匀 而预紧力过大所造成的对导轨面的损伤。
措施：将导轨块紧固在可调的楔块或镶
条上。
导轨副的维护
1.间隙调整—保证导轨面之间合理的间隙， 小摩擦力大、磨损，大运动失去准确性和平 稳性、失去导向精度） 2.滚动导轨的预紧—提高刚度、消除间隙 3.导轨的润滑—降低摩擦系数、减少磨损、 防止导轨面锈蚀。 润滑方式：人工加油油杯供油、压力油润滑 润滑油：粘度变化小、润滑性好、油膜刚度
双螺母垫片调隙结构（结构简单，但调整较
费时，调整精度不高 ）
双螺母螺纹调隙结构（结构简单） 双螺母齿差调隙结构（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。）
4、滚珠丝杠螺母副的制动
滚珠丝杠副的传动效率高，但不能 自锁，用在垂直传动或水平放置的高速 大惯量传动中，必须装有制动装置。常 用的制动方法有超越离合器、电磁摩擦 离合器或者使用具有制动装置的伺服驱 动电机。
轴向垫片调整法（图）
特点：调整较复杂，一般要经过几次修 磨才能调整好，且不能自动补偿消除间 隙。工作时只有一个齿轮承载。
加工中心的工作台和伺服进给系统设计
钢工件, < 查 机床设 计手 册) 计算 得 : 切削力 为 并 总
4 0 N, 向 切 削 力 为 1 1N,Y 向 切 削 力 为 90 X 75 4 1N, 向 切 削 力 为 2 7 N. 40 Z 53
给 系统 , 终 是研 究 现 代 数 控 机 床 的 关 键 之 一. 本 始 文 所介 绍 的 加 工 中 心 为立 式 , 工 作 台 可 进 行 X 和 其 y 向直 线 运 动 , 外 工 作 台 上 面 可 固 定 夹 具 式 回 转 另 工 作 台 ( 向 转 动 )使 用 时, 转工 作 台 如夹 具 固 定 Z , 回 在 直 线 进 给 工 作 台 的 丁 形 槽 内, 用 时 即 可 拆 下 . 不 文 中 除作 了工 作 台 , 珠 丝 杠 副 , 服 电机 , 动 直 滚 伺 滚
1 2 滚珠 丝杠 副的设计计算 . 在本设计 中, 电机 和丝杠 直 接相 连, 动 比为 传
1选 择 电 机 的 最 高 工 作 转 速 1 0 rmi, 作 负 载 , 5 0/ n 工
的数值可用进给牵引力的试验公式计算.选定导轨 为滚动导轨, 从而 设 定摩擦 系 数, 可算 出最大 牵 引
1 工作 台主要 参数及 结 构
1 1 主 要 丝 杠 副 , 服 电机 , 动 直 线 导 伺 滚 轨 的 选 择 计 算 外 , 作 了伺 服 进 给 系统 中 的 传 动 精 还 度 计算, 丝杠 拉 压 振 动 和 扭 转 振 动 的 验 算 .
配装 在 电机 内部 . 它 属 于 永 磁 型 多 极 电 机 , 特 点 其
是 : 子 磁 极 是 高 性 能 铁 氧 体 , 承 受 高 的 峰 值 电 定 能
·
4 ·
数控车床伺服进给系统结构设计毕业论文
摘要数控机床作为机电一体化的典型产品,在机械制造业中发挥着巨大的作用,很好的解决了现代机械制造中结构复杂，精密，批量小,多变零件的加工问题,且能稳定产品的加工质量,大幅度提高生产效率。
本论文主要对数控机床伺服进给系统的机械部分这一课题进行探讨，文中详细描述了数控机床伺服进给系统的设计方法,包括传动系统总体设计，滚珠丝杠副的选择，伺服电动机的选择,精度和刚度验算。
同时运用软件Solidworks做出伺服进给系统的零部件，以及将各个零部件进行装配，二维工程图出图。
关键词：数控机床;伺服电动机；伺服进给系统；滚珠丝杠副AbstractNC machine tools as typical electromechanical products, plays an enormous role in machinery manufacturing, it solutes the problems of modern machinery manufacturing complex, precision, small batches，changeable parts processing, also it can be able to stable quality of products, increase productivity greatly. In this paper, it mainly explore to the topic of mechanical parts of NC machine tools’ servo feed system, This article describes the designing method of the NC machine tools’ servo feed system , including designing the transmission system, choosing Ball Screws, servo motor, checking the accuracy and rigidity. Make out parts of NC machine tools’ servo feed system and assemble the parts with solidworks. Export 2D engineering drawing and make the animations of feed system, produce three-dimensional cutaway views of Ball Screws and Rolling Guides.Key word: NC machine;Servo motor; Servo feed system; Ball Screws目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 数控机床的概念 (1)1.2 数控机床的组成分类及特点 (1)1.2.1 数控机床的组成 (1)1.2.2 数控机床的分类 (1)1.2.3 数控机床的特点 (2)1.3 数控系统的发展简史及国外发展现状 (2)1.4 我国数控系统的发展现状及趋势 (3)1.4.1 数控技术状况 (3)1.4.2 数控系统的发展趋势 (4)1.5 伺服系统的特点 (4)1.6 本课题的研究内容和方法 (6)1.7 本章小结 (7)2 进给系统的总体方案设计 (7)2.1 机床的主要性能 (8)2.2 进给系统的精度要求 (8)2.3 进给传动控制伺服系统的选择 (8)2.4 进给系统的传动要求及传动类型的选择 (9)2.4.1 进给系统的传动要求 (9)2.4.2 传动类型的选择 (9)2.5 电机与丝杠联接方式的选择 (10)2.6 进给传动方案设计 (11)3 数控车床伺服进给系统X轴选型 (12)3.1 滚珠丝杆机构的计算选型 (13)3.1.2 精度等级选定 (14)3.1.3 导程的计算和选定 (15)3.1.4 丝杆支承方式选定 (15)3.1.5 丝杆外径选定及校核 (15)3.1.6 计算最大轴向载荷 (16)3.1.7 轴向允许载荷计算 (16)3.1.8 丝杠允许转速计算及校核 (17)3.1.9 寿命计算及校核 (19)3.2 电机的选型 (19)3.2.1 转速的计算 (19)3.2.2 驱动扭矩计算 (20)3.2.3 计算角加速度 (21)3.2.4 电机所需的加速扭矩 (21)3.2.5 计算各种运动状态下点检所需要的驱动扭矩 (21)3.2.6 电机转动惯量要求 (22)3.3 滚珠丝杠副的支承的设计 (22)3.4 同步齿轮带传动的设计 (24)3.5 导轨的选择 (25)4 数控车床伺服进给系统Z轴选型 (26)4.1 滚珠丝杆机构的计算选型 (26)4.1.1载荷的确定 (27)4.1.2 精度等级选定 (27)4.1.3 导程的计算和选定 (28)4.1.4 丝杆支承方式选定 (29)4.1.5 丝杆外径选定及校核 (29)4.1.6 计算最大轴向载荷 (29)4.1.7 轴向允许载荷计算 (30)4.1.8 丝杠允许转速计算及校核 (31)4.1.9 寿命计算及校核 (33)4.2 电机的选型 (33)4.2.1 转速的计算 (33)4.2.2 驱动扭矩计算 (34)4.2.3 计算角加速度 (35)4.2.4 电机所需的加速扭矩 (35)4.2.5 计算各种运动状态下点检所需要的驱动扭矩 (35)4.2.6 电机转动惯量要求 (36)4.3 滚珠丝杠副的支承的设计 (37)4.4 联轴器传动的设计 (39)4.5 导轨的选择 (39)5 伺服进给系统的结构设计 (40)5.1 solidworks实体设计的特征功能及其在本次设计中的应用405.2 伺服进给系统主要零件的设计及装配 (41)5.2.1 导轨的设计 (41)5.2.2 Z轴丝杠螺母的设计 (45)5.2.3 添加轴承 (46)5.2.4 添加紧固件 (46)5.2.5 X轴滑块的设计 (47)5.2.6 丝杠的设计 (47)5.3 伺服进给系统零件的装配 (48)5.4 伺服进给系统的装配图 (49)结论 (51)致谢 (52)参考文献 (53)附录A (54)附录B (69)1 绪论1.1 数控机床的概念数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。
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F1.3 滚动导轨
• • • • • 负荷计算 等效载荷计算 静态安全系数校核 平均负荷计算 寿命计算
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.1 初选丝杠直径
(1) 估算传动扭矩 初选丝杠轴直径有类比法和计算法两种。以下只讲计算法。 设稳态力为F(N)，总的工作质量为m(kg)，最大加速度为a(m/s2)， 丝杠导程为l(mm)，则丝杠所承受的扭矩T(N·m)为
内容提要： 本讲为伺服进给传动系统的应用总结
先介绍伺服进给传动系统的组成，然后讲述伺服 进给传动系统设计过程，包括丝杠、导轨及伺服电机 选择、计算。
专题1
伺服进给传动系统设计
主轴 导轨滑块 导轨
联轴器 伺服电机
滚珠丝杠 固定单元
滚珠丝杠
圆导轨 圆导轨 滑块 导轨支撑 直线轴承 导轨支座 滚珠丝杠支撑单元 滑块 联轴器
(1) 名义寿命
Fa0
Fa0
Fa0螺母预紧负荷
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.6 寿命计算
(2) 寿命时间
L Lh 60 N m
Nm——丝杠平均转速 (r/min) （计算方法见F1.1.7小节）
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.7 平均轴向负荷与平均转速
(1) 平均轴向负荷
3 F i si
Fam 3
s
i
式中，Fam为平均轴向载荷(N)，Fi为第i段轴向载荷(N)，si为第i段 载荷下的行程。
F1.1 滚珠丝杠
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.8 支承轴承的寿命
(1) 平均轴向负荷
Fam
Fi s i si
1/
式中， 为与轴承型式有关的指数。对于球轴承， = 3；对于圆 锥滚子轴承， = 10/3。
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.1 初选丝杠直径
(3) 验算键的挤压应力 设键的尺寸为：宽高长= b h l (mmmm mm)，则挤压应 力 p (MPa) 验算公式如下：
2000T p [ p] dk (l b / 2)
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.2 伺服电机
• • • • • 滚珠丝杠效率 稳态扭矩计算 惯性扭矩计算 最大扭矩、功率计算 平均扭矩验算
F1.1 滚珠丝杠
• • • • • • • • • 目录
初选丝杠直径 丝杠强度的精确校核 确定滚珠丝杠的安装方式 验算极限转速和极限载荷 静态安全系数 丝杠寿命计算 平均轴向负荷与平均转速 支承轴承的寿命 丝杠进给系统刚度计算
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.4 验算丝杠极限转速和极限载荷
(3) 临界转速验算
d1 nc c f c 2 107 Lb
式中，d1为丝杠底径；Lb为最大丝杠支承间距；fc=0.8 (安全系 数)，c为与安装方式有关的系数，其值为：4.3(固定-自由)、 12.1(支持-支持)、18.9(固定-支持)、27.4(固定-固定)。
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.8 支承轴承的寿命
(2) 径向负荷
w d 2 L g Fr 2 8
式中，d 为丝杠直径(mm)，L 为丝杠长度(mm)， 为材料密度， g 为重力加速度。
F1.1 滚珠丝杠
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.4 验算丝杠极限转速和极限载荷
(2) 拉压极限载荷验算
F2 116d12
式中，d1为丝杠底径。 综合(1)、(2)两项，有：
F允 min( F1 , F2 )
F1.1 滚珠丝杠
F允 min( F1 , F2 , Fa max )
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.6 寿命计算
(1) 名义寿命
f a f c Ca 6 L 10 f F F ( ) a0 w am
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.7 平均轴向负荷与平均转速
(1) 平均轴向负荷 需要注意的一点：若在一个工作循环内的分段轴向载荷Fi的方 向不同（即Fi有正、负之分），则须分别计算两个方向的平均轴 向载荷Fam+和Fam-（当计算一个方向的平均负荷时，假设另一个 方向的负荷为零），取其中较大的一个作为工作循环内的平均轴 向载荷。Fam+和Fam-的计算方法如下：
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.8 支承轴承的寿命
(3) 当量动载荷
P 0.4 Fr Y1 Fam P Fr
固定侧轴承 支持侧轴承
式中，Y1 为轴向负荷系数，由轴承样本上查出
F1.1 滚珠丝杠
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.4 验算丝杠极限转速和极限载荷
(4) 验算DN值
d p n p 70,000
式中，dp为滚珠丝杠中径(mm)；np为由DN值限制的滚珠丝杠极 限转速(r/min)。 综合(3)、(4)两项，有：
Fam 3
F s F s F s s1 s 2 s 3 s 4 s 5
3 1 1 3 2 2 3 3 3
Fam
3
F4 s 4 F5 s 5 s1 s 2 s 3 s 4 s 5
3
3
平均轴向载荷Fam为
Fam maxFam , Fam
Hebei University of Technology
伺服进给传动系统设计
李为民 教授 河北工业大学机械工程学院
School of Mechanical Engineering
专题1
伺服进给传动系统设计
式中，K—应力集中系数，KR— 表面粗糙度系数，—绝对尺寸影 响系数，—表面状态系数。各系 数可从机械设计手册上查到。
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.2 轴强度的精确校核
(2) 静强度安全系数校核
Ss
Z p s 3Tmax
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.9 丝杠进给系统刚度计算
(1) 轴向定位预紧轴承刚度KB 在轴向预紧力Fa0(N)作用下，轴承刚度
式中， fc为寿命可靠性系数， fa为精度影响系数，fw为负荷系 数，Ca为基本额定动负荷，Fam为平均轴向负荷（计算方法见 F1.1.7小节），Fa0螺母预紧负荷（其涵义见下页）。
3
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.6 寿命计算
成对角接触 轴承
深沟 球轴承
La
(计算压杆稳定性)
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.4 验算丝杠极限转速和极限载荷
(1) 压杆稳定性验算
d14 F1 99806s f s 2 La
式中， d1为丝杠底径；La为最大丝杠支承间距；fs=0.5~0.8 (安全 系数)；s为与安装方式有关的系数，其值为：0.25(固定-自由)、 1(支持-支持)、2(固定-支持)、4(固定-固定)。
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.1 初选丝杠直径
(2) 按扭转强度估算轴径
d min
T 17.2 3 [ ]
mm
式中，[ ]为许用扭转剪应力(N/mm2)，对于滚珠丝杠常用材料中碳 钢，其取值为25 ~ 45。 计算出dmin后，根据轴的直径系列向上圆整(如果使用外购联轴 器，也可以根据联轴器的系列圆整) ，得出丝杠的最小直径d0。
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.7 平均轴向负荷与平均转速
(2) 平均转速
Nm
Nt t
i
i i
60 si l ti
式中，第 i 段时间 ti 的单位为秒(s)，丝杠导程 l 与 si 使用同一长 度单位。
[S s ]
式中，Zp的意义同前；Tmax为最大扭矩(Nm)，[SS]为许用安全系数。
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
Lb
(计算极限转速)
F1.1.3 确定滚珠丝杠的安装方式
固定-自由 支持-支持 固定-支持 固定-固定
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.7 平均轴向负荷与平均转速
(1) 平均轴向负荷 假设在一个工作循环内 5 段载荷 F1 ~ F5 的对应行程为 s1 ~ s5， 且 F1、F2、F3 为正，F4、F5 为负，则分向平均轴向载荷 Fam+ 和 Fam- 为
F1.1 滚珠丝杠
专题1
伺服进给传动系统设计
F1.1.9 丝杠进给系统刚度计算
丝杠进给系统的刚度 K 按下式计算：
1 1 1 1 K KS KN KB
式中，K 为丝杠进给系统的轴向刚度；KS 为丝杠刚度；KN 为丝 杠螺母刚度；KB 为支承轴承刚度。
专题1
伺服进给传动系统设计