进给伺服系统的机械传动结构
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。
201403数控技术试题三
Ⅰ卷选择题一、选择题（每小题1分，共50分）1、世界上第一台数控机床诞生在( )A．美国B．日本C．德国D．英国2、数控机床的优点是( )A、加工精度高、生产效率高、工人劳动强度低、可加工复杂面、减少工装费用B、加工精度高、生产效率高、工人劳动强度低、可加工复杂面、工时费用低C、加工精度高、专用于大批量生产、工人劳动强度低、可加工复杂面、减少工装费用D、加工精度高、生产效率高、对操作人员的技术水平要求高、可加工复杂型面、减少工装费3、数控机床主轴以800转/分转速正转时，其指令应是（）。
A、M03 S800B、M04 S800C、M05 S8004、 G41 指令的含义是（）A、直线插补B、圆弧插补C、刀具半径右补偿D、刀具半径左补偿5、数控机床的 T 指令是指（）A、主轴功能B、辅助功能C、进给功能D、刀具功能6、数控车床中，转速功能字S可指定（）。
A、mm/r；B 、r/mm；C、mm/min7、数控升降台铣床的升降台上下运动坐标轴是（）。
A．X轴 B. Y轴 C. Z轴8、采用经济型数系统的机床不具有的特点是（）A、采用步进电动机伺服系统B、CPU可采用单片机C、只配必要的数控功能D、必须采用闭环控制系统9、根据控制运动方式不同，机床数控系统可分为( )A、开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统B、点位控制系统和连续控制系统C、多功能数控系统和经济型数控系统D、NC系统和CNC系统10、CNC系统一般可用几种方式得到工件加工程序，其中MDI是( )A、利用磁盘机读入程序B、从串行通信接口接收程序C、利用键盘以手动方式输入程序D、从网络通过Modem接收程序11、采用直径编程的指令是( )A．G34 B。
G35 C．G36 D. G3712、下面指令中不是模态指令的是( )A．M02 B．M03 C．M04 D．M0513、直流伺服电机常用的调速方法是( )A．改变电枢电压B．改变磁通量C．在电枢回路中串联调节电阻D．改变电枢电流14、对于数控机床最具机床精度特征的一项指标是( )A．机床的运动精度B．机床的传动精度B．机床的定位精度C．机床的几何精度15、闭环控制系统的定位误差主要取决于( )A、机械传动副的间隙及制造误差B、机械传动副弹性变形产生的误差C、检测元件本身的误差及安装引起的阿贝误差D、滚珠丝杠副热变形所产生的误差16、数控车床中的G41／G42是对( ) 进行补偿。
伺服传动系统
7、步进电机的驱动控制电路 、
单电压驱动
双电压驱动
斩波恒流驱动（电流驱动）
二、直流电动机的调压调速原理
直流电动机
U IR n= KΦ
U－电枢电压，I－电枢电流，R—电路 总电阻，Φ－每极磁通量，K－电动机 结构参数
由上式可知，直流电动机的控制方式如下： 调压调速（改变电枢电压，恒转矩调速） 调磁调速（改变励磁电流，恒功率调速） 改变电枢回路的电阻调速
（2）功率晶体管（GTR） 功率晶体管（GTR）
工作状态
有截止，有源放大和饱和三种状态， 有截止，有源放大和饱和三种状态，一般作为开关 使用，开通时要驱动，正常导通时要线饱和， 使用，开通时要驱动，正常导通时要线饱和，关断 时要反偏， 时要反偏，目前驱动电路已集成化。
特点：饱和压降低，载流密度大，驱动电流较 特点：饱和压降低，载流密度大， 大。 （3）场效应晶体管（MOSFET） ）场效应晶体管（ ） 特点：驱动功率大，开关速度快，导通压降大， 特点：驱动功率大，开关速度快，导通压降大， 载流密度小。 载流密度小。
四、伺服系统基本要求 精度高 指输出量复现输入指令信号的 精确程度，通常用稳态误差表示
影响伺服系统精度的因素： 影响伺服系统精度的因素：
传感器的灵敏度和精度 1、组成元件本 身误差 伺服放大器的零点漂移和死区误差 机械装置反向间隙和传动误差 各元器件的非线性因素等 结构形式 2、系统本身 输入指令信号的形式 响应速度快 是衡量伺服系统动态性能的重要指标
调速范围大 是伺服系统提供的最高速与最低 速之比，即： R = nmax n nmin 要求： Rn要大，并且在该范围内，速度稳定； 无论高速低速下，输出力或力矩稳定，低速驱动时， 能输出额定的力 或力矩； 在零速时，伺服系统处于 “锁定” 状态，即惯性 锁定” 小。 应变能力和过载能力大 应变能力指能承受频繁的启动、制动、加速、减速 应变能力指能承受频繁的启动、制动、加速、减速 的冲击； 过载能力指在低速大转矩时，能承受较长时间的 过载能力指在低速大转矩时，能承受较长时间的 过载而不致损坏
伺服压力机的传动结构形式
伺服压力机的传动结构形式伺服压力机是一种采用伺服电机驱动的主传动结构形式，具有高精度、高速度、高效率等特点。
其传动结构形式主要由以下几个部分组成：1.伺服电机：伺服电机作为主驱动源，能够实现精确的速度和位置控制。
在伺服压力机中，通常采用交流伺服电机或直流伺服电机作为驱动元件，根据设备的使用要求选择合适的电机类型和功率等级。
2.传动轴：传动轴是连接伺服电机和压力执行机构的重要部件。
它具有高刚性和高精度，能够传递伺服电机的扭矩和转速，并将动力传递给压力执行机构。
根据不同的传动需求，可采用直轴、曲轴或空心轴等不同的传动轴类型。
3.传动轴承：轴承在传动结构中起到支撑和导向的作用，能够降低摩擦阻力，提高传动效率。
在伺服压力机中，通常采用高精度、高速的滚动轴承或滑动轴承作为传动轴承，以实现高精度的传动和导向。
4.传动齿轮：齿轮在传动结构中起到变速和传递扭矩的作用。
在伺服压力机中，通常采用高精度、高硬度的齿轮作为传动齿轮，以实现精确的传动和变速。
根据不同的传动需求，可采用直齿、斜齿或行星齿轮等不同的齿轮类型。
5.压力执行机构：压力执行机构是伺服压力机的重要组成部分，它能够将电机的动力转化为压力能，实现对工件的冲压操作。
压力执行机构通常由气缸、油缸或机械式压力机等组成，根据不同的应用场景选择合适的执行机构类型。
6.控制系统：控制系统是伺服压力机的核心部分，它能够实现对伺服电机、传动结构和压力执行机构的精确控制。
控制系统通常由控制器、驱动器、传感器等组成，根据设备的运行要求选择合适的控制系统方案。
综上所述，伺服压力机的传动结构形式主要包括伺服电机、传动轴、传动轴承、传动齿轮、压力执行机构和控制系统等部分组成。
这些组成部分的精确设计和优化配置使得伺服压力机在冲压操作中具有高精度、高速度和高效率等特点，为现代制造业的发展提供了强有力的支持。
伺服系统的结构组成
伺服系统的结构组成1. 哇，伺服系统简直就像是一个超级智能的机器人大家庭！让我带大家一起去认识这个神奇的系统吧，保证让你大开眼界！2. 要说伺服系统啊，它就像是一个小型指挥中心，里面有好几个关键的"小伙伴"在合作。
这些部件配合得可默契了，就像是训练有素的杂技团！3. 伺服电机可是这个大家庭的"主力军"！它就像是系统的手脚，负责执行各种动作。
你让它转多快它就转多快，让它停它就停，比我们班最听话的同学还要听话呢！4. 伺服驱动器就像是电机的"私人教练"，它告诉电机该怎么动、动多快。
要是没有它，电机就像没有方向的车，可就抓瞎啦！这个"教练"不光教电机怎么动，还得保护它不受伤，真是太贴心了！5. 检测元件可有意思了，它就像是系统的"千里眼"！位置、速度、方向，这些信息它都看得一清二楚。
它比我奶奶还要唠叨，时时刻刻都在汇报最新情况！6. 控制器就是整个系统的"大脑"，它接收到检测元件的信息后，立马就能拿主意。
这个"大脑"可聪明了，能在眨眼的功夫就算出该怎么调整，简直比数学老师还厉害！7. 机械传动装置就像是系统的"筋骨"，它把电机的动作传递到需要的地方。
齿轮、带轮、丝杠，这些零件配合起来，默契得就像是跳芭蕾的舞者！8. 反馈通道可是个有趣的小家伙，它就像是系统的"监督员"。
实际运动和指令不一样？它马上就报告给控制器，一点儿马虎都不行！9. 这些部件之间的配合可有意思了！比如说，控制器发出一个指令，驱动器就赶紧告诉电机该怎么转，检测元件在旁边盯着看，要是有什么不对劲，立马就通过反馈通道告诉控制器！10. 整个系统配合起来，简直就像是在演交响乐！控制器是指挥家，其他部件都是乐器，每个都要按照节拍准确演奏，才能奏出美妙的"音乐"！11. 你看机器人的关节多灵活啊？那就是伺服系统在发挥作用！数控机床加工得多精确？也是伺服系统的功劳！这些地方都少不了它们的身影！12. 说到底啊，伺服系统就是个特别团结的大家庭。
数控技术简答题
一、简答题（后面括号内为网上搜到的答案。
可供参考！！）1、数控机床的基本组成是什么？有哪些基本特点？数控机床基本组成是以下几个部分：1.程序编制及程序载体；2.输入装置；3.数控装置及强电控制装置；4.伺服驱动系统及位置检测装置；5.机床的机械部件。
它的特点是:1.能适应不同零件的自动加工2.生产效率和加工精度高，加工质量稳定 3.能高效优质完成复杂型面零件的加工，其生产效率比通用机床加工可提高十几倍甚至几十倍4.工序集中，一机多用 5.数控机床是一种高技术的设备。
2、CNC装置有哪些功能？其优点是什么?CNC装置的功能包括有基本功能和选择功能。
其中主要功能有：1控制功能，CNC能控制和能联动控制的进给轴2.准备功能3.插补功能和固定循环功能4.进给速度控制功能 5.主轴控制功能 6.辅助功能7.刀具管理功能8.补偿功能9.人机对话功能10.自诊断功能11.通信功能。
CNC的优点是以下5个方面：1.具有灵活性和通用性2.数控功能丰富3.可靠性高4.使用维护方便5.易于实现机电一体化。
3、刀具半径补偿功能的主要用途有哪些？刀具半径补偿功能的主要用途是：1.由于刀具的磨损或因为换刀引起刀具半径变化时，不必要重新编程，只需修改相应的偏置参数即可 2.由于轮廓加工往往不是一道工序能够完成的，在粗加工时，要为精加工工序预留余量。
加工余量的预留可通过修改偏置参数实现，而不必为粗精加工个编制一套程序。
4、何谓开环数控系统？从控制原理的角度来看，闭环和半闭环进给系统是一个三环控制系统，请简要说明是哪三个环节构成的三个控制回路？开环控制系统是较为简单的一种数控体统，相较于闭环和半闭环系统，开环数控系统没有位置检测装置和反馈环节，它的伺服驱动装置主要是步进电机。
由数控系统送出的进给脉冲经驱动电路控制和功率放大后用于直接或间接驱动执行部件。
只要控制指令脉冲的数量和频率以及通电顺序就能控制执行部件运动的位移、速度和运动方向。
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。
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
伺服电机内部结构及其工作原理
伺服电机内部结构及其工作原理来源：网络伺服电机内部结构伺服电机工作原理伺服电机原理一、交流伺服电动机交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。
所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。
交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。
目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。
交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。
当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。
交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：1、起动转矩大由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。
它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。
因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。
2、运行范围较广3、无自转现象正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。
当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。
进给伺服系统概述
大倍数。 调速单元输出的量是速度量，这一速度量经过积分环节 1/s 后成为角 位移量。
2-1、进给伺服系统的数学模型
对控制系统的数学描述， 实际上就是首先建立系统中各环节的传 递函数，然后求出整个系统的传递函数。有速度内环的闭环系统如 图 8-4 所示：
位置检测环节是指位置传感器（光电编码器，旋转变压器等）和后置 处理电路。作用是把位置信号转换为电信号。这个环节也可以看做是 一个比例环节，比例系数是 K f 。 将各环节的传递函数置换 8-4 的框图， 就得到了动态结构图， 如图 8-5 所示：
1．静态性能分析
控制系统中，最重要的是稳定性问题。如果一台数控机床的伺服 控制系统是不稳加工的。因此，任何控制系统首先必须是稳定的。 2、稳态性能指标 位置伺服系统的稳态性能指标主要是定位精度，指的是系 统过度过程终了时实际状态与期望状态之间的偏差程度。 一般数控机 床的定位精度应不低于 0.01mm，而高性能数控机床定位精度将达到 0.001mm 以上。 影响伺服系统稳态精度的原因主要有两类， 一类是位置测量装置
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。
伺服电机的工作原理和结构
伺服电机的工作原理和结构伺服电机是一种精密控制的电机，通过对其工作原理和结构的深入了解，我们可以更好地应用和维护这种电机。
下面将分别介绍伺服电机的工作原理和结构。
一、工作原理伺服电机的工作原理可以简单地概括为将输入信号转换为机械运动的控制器。
当控制器接收到输入信号后，会根据信号的大小和方向来控制电机的转速和位置，从而实现精确的位置控制。
这种闭环控制系统使得伺服电机具有高精度、高速度和高可靠性的特点。
具体来说，伺服电机的工作原理是通过控制系统中的编码器反馈信号来实现闭环控制的。
编码器会不断监测电机的运动状态，并将反馈信号发送回控制器，从而使控制器可以实时调整电机的转速和位置。
这种反馈机制可以有效地减小误差，提高系统的稳定性和精度。
二、结构伺服电机的结构主要包括电机本体、编码器、控制器和驱动器。
电机本体是伺服电机的核心部件，负责将电能转换为机械能。
编码器是用来监测电机运动状态并发送反馈信号的器件，通常采用光电编码器或磁编码器。
控制器是控制整个伺服系统的大脑，负责接收输入信号、处理编码器反馈信号并输出控制信号。
驱动器则是将控制信号转换为电流驱动电机转动的装置。
除了以上主要部件外，伺服电机还包括了传感器、减速器、联轴器等辅助部件。
传感器用来监测环境参数或检测电机状态，以便系统对其进行相应调整。
减速器用来降低电机的转速并提高扭矩，从而使电机可以更好地适应各种工作场景。
联轴器则用来连接电机与负载，传递电机的转动力。
综上所述，伺服电机是一种精密控制的驱动器，通过控制器、编码器和驱动器等部件的协同作用，实现对电机位置和速度的精确控制。
对伺服电机的深入了解可以帮助我们更好地应用和维护这种高性能的电机。
希望以上内容对您有所帮助。
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
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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=Δctgβ
2、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。
连接时，将若干（一般位2）副锥环副安放在轴和轮孔之间，外锥环的孔与轴、内锥环的外圆与轮孔小间隙配合。
拧紧端盖螺钉，使端盖靠近轮的端面，端盖端面推动内锥环，使内、外锥环相互挤压，这时，外锥环内孔缩小，抱紧轴，内锥环外径胀大，胀紧孔，实现轴与轮的无键联结。
4、联轴节
电机与丝杠直接联结时，使用联轴节。
套筒加锥销联结。
弹性联轴节。
二、滚珠丝杠螺母副
1、滚珠的循环方式
外循环：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离。
制造工艺简单；径向尺寸大，刚度低，易磨损，噪音大。
内循环：滚珠在循环过程中始终与丝杠接触。
结构紧凑，刚性好，定位可靠，不易磨损，摩擦损失小。
结构复杂，制造困难。
2、滚珠丝杠螺母副的预紧
滚珠丝杠螺母副必须预紧才能正常工作。
预紧：消除滚珠与滚道的间隙，保证传动精度；使滚珠与滚道有点接触变成微小面接触，提高传动刚度。
常采用双螺母，使两个螺母产生轴向位移，以消除间隙和施加预紧力。
预紧常有三种结构：
2.1螺纹消隙结构
一个螺母外断为法兰，另以螺母外端为螺纹，上装两个圆螺母，两螺母以平键与螺母座相联，限制螺母的转动。
拧紧圆螺母，就能使两螺母在轴向产生位移，消除间隙和施加预紧力。
结构简单，调整方便；调整精度差。
2.2垫片消隙结构
两螺母外端都为法兰结构，通过修磨垫片的厚度，使两螺母产生轴向位移，消除间隙和施加预紧力。
结构简单，刚性好，装拆方便；调整麻烦。
2.3齿差调隙结构
两个螺母的外端制成圆柱外齿轮，其齿数差为一。
两个内齿圈用螺钉和销钉固定在螺母座上。
预紧时，先取出内齿圈，使两个螺母分别在相同方向转过一个或几个齿，这时，两螺母在轴向产生相应的位移.
3、丝杠的预拉伸
滚珠丝杠工作时会发热。
发热使丝杠热膨胀，从而加大导程，影响传动和定位精度。
对要求很精密传动的丝杠，需要补偿热膨胀。
丝杠预拉伸就使常用的补偿方法。
在制造时，使丝杠螺纹部分的长度小于公称长度（导程乘螺纹圈数）一个预拉伸量。
预拉伸量略大于热膨胀量。
装配时，通过一定拉伸结构，将丝杠拉长一个预拉伸量，使丝杠螺纹部分到公称长度。
工作时，热膨胀量抵消部分预拉伸量，丝杠拉应力下降，但长度不变。
从而保证螺距精度不受热膨胀的影响。