数控机床进给系统
数控机床的进给传动系统文档资料
图7-39滚珠丝杠螺母副
3
1-反向器 2-螺母 3-丝杠 4-滚珠
（2）滚珠丝杆螺母副的工作原理与特点 • 滚珠丝杠螺母副的结构形式
a)滚珠丝杠副轴向剖面图 滚珠丝杠螺母副
b)滚珠丝杠副法向剖面图
4
• (3)滚珠丝杠副的结构和轴向间隙的调整方法
•
1)螺纹滚道型面的形状及其主要尺寸。
21
(3) ①密封圈。密封圈装在滚珠螺母的两端。接触式的弹性密
封圈是用耐油橡皮或尼龙等材料制成的，其内孔制成与丝杠 螺纹滚道相配合的形状。接触式密封圈的防尘效果好，但因
非接触式的密封圈是用聚氯乙烯等材料制成的，其内孔形 状与丝杠螺纹滚道相反，并略有间隙。非接触式密封圈又称 为迷宫式密封圈。
②防护罩。对于暴露在外面的丝杠，一般采用螺旋钢带、伸缩 套筒以及折叠式塑料或人造革等形式的防护罩，以防止尘埃 和磨粒粘附到丝杠表面。这几种防护罩与导轨的防护罩有相 似之处，其一端连接在滚珠螺母的端面上，另一端固定在滚 珠丝杠的支撑座上。
3.齿差调隙式 在两个螺母1、5的端面法兰上分别加工出外齿Z1和Z2，并各自装入
对应的内齿圈6中。内齿圈通过螺钉固定在螺母外的套筒3端面。通常两个外齿 轮相差1齿(如Z1=100，Z2=99)。当调整间隙时，将两个外齿轮从内齿圈中抽出 并相对内齿圈分别同向转动一个齿，然后插回原内齿圈中。此时，两个螺母间产 生的相对位移为：
滚珠丝杠制动示意图
19
• 3）滚珠丝杆的防护 • 一般采用螺纹钢带、伸缩套筒、锥形套
筒以及折叠式塑料或人造革等形式的防护 罩。
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滚珠丝杠的防护
(1)支撑轴承的定期检查。应定期检查丝杠与床 身的连接是否有松动以及支撑轴承是否损坏 等。如有以上问题，要及时紧固松动部位并
数控机床进给传动系统课件
高速、高精度、高可靠性发展趋势
高速化
随着制造业的飞速发展，对加工效率的要求也越来越高。为了满足这一需求，数控机床进 给传动系统正朝着高速化的方向发展。通过优化结构设计、提高驱动元件性能、降低传动 链的摩擦和惯量等方法，可以实现更高的进给速度，从而提高加工效率。
各种传动装置的特点和适用场景。
传动精度保障
阐述如何通过制造工艺和装配技 术，确保传动装置的高精度和稳 定性，以满足机床的加工精度要
求。
高效传动设计
分析如何提高传动装置的运动效 率，降低能耗，提高机床的整体
性能。
数控技术及其在进给传动系统中的应用
数控技术概述
01
简要介绍数控技术的发展历程、基本原理和核心技术。
控制系统升级
引入高精度磨削控制算法，优 化磨削过程中的进给速度和切 削深度。
传动改造
更换磨损严重的滚珠丝杠副、 导轨等传动元件，选用高精度 轴承和联轴器。
效果验证
采用标准试件进行磨削试验， 利用表面粗糙度仪、三坐标测 量机等设备对磨削效果进行评估。
案例三
维护内容
定期对传动元件进行检查、清洁、润滑和紧固，更换磨损 严重的零部件。
轨滑块上移动。
3. 通过控制系统调节伺服电 机的旋转速度，实现工作台的
匀速、变速等运动模式。
数控机床进给传动系统的分类和特点
分类 开环进给传动系统：结构简单，成本低，但精度较低。
闭环进给传动系统：精度高，稳定性好，但成本较高。
数控机床进给传动系统的分类和特点
特点 高精度：数控机床进给传动系统具有较高的定位精度和重复定位精度。 高刚度：系统具备较高的刚度，能够承受切削力，保证加工精度。
数控机床的进给传动系统
详细描述
刚度是指数控机床在受到外力作用时，进给 传动系统抵抗变形的能力。高刚度的数控机 床能够减小受力变形对加工精度的影响，提 高加工质量。
速度与加速度
总结词
速度与加速度是衡量数控机床进给传动系统 动态性能的指标。
详细描述
速度与加速度是指数控机床在加工过程中， 进给传动系统能够达到的最大移动速度和加 速度。高速度和高加速度的数控机床能够缩
更换磨损件
对磨损严重的部件进行更 换，保证进给传动系统的 正常运行。
调整参数
根据实际运行情况，对进 给传动系统的参数进行调 整，优化其性能。
常见故ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ诊断与排除
噪音异常
温度过高
检查进给传动系统是否有异常噪音， 判断是否需要更换轴承或齿轮。
检测进给传动系统的温度，如温度过 高，需检查润滑系统是否正常工作。
03
数控机床进给传动系统的分 类
滚珠丝杠螺母副传动
总结词
滚珠丝杠螺母副传动是数控机床中最常用的进给传动方式之一，具有高精度、 高刚度、高可靠性的特点。
详细描述
滚珠丝杠螺母副传动通过将旋转运动转换为直线运动，实现工作台的进给运动。 其优点在于传动效率高、传动精度稳定、使用寿命长，且具有较高的刚度，能 够满足大多数数控机床的进给传动需求。
运行抖动
观察进给传动系统的运行情况，如有 抖动现象，需检查传动轴是否松动或 损坏。
06
数控机床进给传动系统的未 来发展
高精度化
总结词
随着制造业对产品精度要求的不断提高，数控机床的进给传动系统需要实现更高程度的 精度控制。
详细描述
高精度化是数控机床进给传动系统未来的重要发展方向。通过采用先进的控制系统、高 性能的传动元件和精密加工技术，可以提高数控机床的定位精度、重复定位精度和加工
数控机床的进给传动系统
图5-30 直线电动机进给驱动系统 1-位置检测器 2-转子 3-定子 4-床身 5、8-辅助导轨 7、14-冷却板
流电，次级就在电磁 力的作用下沿初级作
6、13-次级 9、10-测量系统 11-拖链 12、17-导轨 15-工作台 16-防护 直线运动。
尽管直线电动机有很多优点，但在选用时应注意以下不足之处： 1）与同容量旋转电动机相比，直线电动机的效率和功率因数要低， 特别在低速时更明显。 2）直线电动机，特别是直线感应电动机的起动推力受电源电压的影 响较大，故对驱动器的要求较高，应采取措施保证或改变电动机的有 关特性来减少或消除这种影响。 3）在金属加工机床上，由于电动机直接和导轨、工作台做成一体， 必须采取措施以防止磁力和热变形对加工的影响。
5) 滚珠丝杠螺母副制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母的材料，热处理 和加工要求相当于滚动轴承。螺旋滚道必须磨削，制造成本高。
2. 静压丝杠螺母副 静压丝杠螺母副是通过油压在丝杠和螺母的接触面之间，产生一
层保持一定厚度，且具有一定刚度的压力油膜，使丝杠和螺母之间由 边界摩擦变为液体摩擦。当丝杠转动时通过油膜推动螺母直线移动， 反之，螺母转动也可使丝杠直线移动。静压丝杠螺母的特点是：
2. 减少各运动零件的惯量
传动件的惯量对进给系统的启动和制动特性都有影响，尤其是高速运转的零件，其惯量的 影响更大。在满足传动强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件的质量，减小旋转零件的 直径和质量，以减少运动部件的惯量。
3. 减少运动件的摩擦阻力
机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副和导轨。在数控机床进给系统中，为了减 小摩擦阻力，消除低速进给爬行现象，提高整个伺服进给系统稳定性，广泛采用滚珠丝杠和 滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨等。
数控机床原理与结构分析第5章数控机床的进给系统
contents
目录
• 引言 • 数控机床的进给系统原理 • 数控机床的进给系统结构 • 数控机床的进给系统性能分析 • 数控机床的进给系统维护与保养 • 结论
01 引言
数控机床的进给系统概述
数控机床的进给系统是实现切削加工的重要组成部分，它负 责将主轴的旋转运动传递到工作台或刀具上，以完成工件的 加工。
进给系统的热误差分析
热误差产生原因
热误差是由于进给系统在工作过程中受到热源影响，导致机械部件受热变形和温度升高， 从而影响进给系统的运动精度。热误差主要来源于传动元件、轴承、导轨等部件的受热
变形。
热误差补偿技术
为了减小热误差对进给系统性能的影响，可以采用热误差补偿技术。热误差补偿技术包括温 度检测、误差建模和补偿算法等环节，通过实时监测进给系统的温度变化，建立热误差模型
进给系统由电动机、传动装置、丝杠、工作台等组成，通过 控制电动机的旋转运动，经过一系列的传动装置，最终转化 为工作台或刀具的直线运动。
进给系统在数控机床中的重要性
进给系统是数控机床实现高精度、高效率加工的关键因素之一，其性能直接影响 着加工质量和生产效率。
随着现代制造业的发展，对数控机床的加工精度和效率要求越来越高，因此，对 进给系统的性能要求也越来越高。进给系统的性能优劣直接决定了数控机床的性 能和市场竞争力。
，并采用相应的补偿算法对热误差进行补偿，可以有效提高进给系统的运动精度。
05 数控机床的进给系统维护 与保养
进给系统的日常维护
每日检查
01
检查进给系统各部件是否正常，如导轨、丝杠、轴承等，确保
无异常声音和振动。
润滑保养
02
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经过控制软件进行操作的自动化机床。
进给系统是数控机床的一个重要组成部分，主要实现工件在加工过程中的运动控制。
进给系统的设计要兼顾稳定性、精度和效率，以满足不同加工需求的要求。
首先，数控机床的进给系统设计需要考虑运动平稳性。
在加工过程中，工件需要按照预定的路径进行运动，因此进给系统需要具备优秀的轨迹控制能力。
可以采用闭环控制方法，通过传感器实时检测工件位置，进行修正和调整，保证工件按照精确的路径进行运动。
其次，数控机床的进给系统设计需要考虑位置精度。
位置精度是指工件在加工过程中的位置误差。
位置误差会对加工质量产生重要影响，特别是对于高精度加工而言。
因此，进给系统需要具备高精度的位置控制能力，能够准确控制工件的位置和轨迹。
另外，数控机床的进给系统设计还需要考虑运动速度和加速度。
工件在加工过程中需要以一定的速度进行运动，因此进给系统需要具备相应的运动速度和加速度控制能力。
运动速度和加速度过大会导致机床振动过大，降低工件加工质量，过小则会影响加工效率。
因此，进给系统需要根据不同加工需求进行合理的速度和加速度设置。
此外，进给系统的设计还需要考虑运动平滑性。
运动平滑性是指工件在运动过程中的平滑度和连续性。
进给系统需要具备平滑的运动特性，避免突变和跳动，从而保证工件表面质量的连续性和一致性。
最后，数控机床的进给系统设计还需要考虑传动方式和控制方式。
传动方式可以选择螺杆传动、齿轮传动或直线导轨传动等，根据加工需求和机床类型进行选择。
控制方式可以选择基于位置、速度或力控制等，根据具体应用进行选择。
综上所述，数控机床的进给系统设计需要兼顾运动平稳性、位置精度、运动速度和加速度、运动平滑性、传动方式和控制方式等因素。
通过合理的设计和调试，可以提高数控机床的加工质量和效率，满足不同加工需求的要求。
第四章 数控机床进给传动系统
进给系统组成:伺服电机及检测元件、传动机构、运动变 换机构、导向机构、执行件 常用的传动机构:一到两级传动齿轮和同步带； 运动变换机构:丝杠螺母副、蜗杆蜗轮副、齿轮齿条副等； 导向机构:滑动导轨、滚动导轨、静压导轨、轴承等
数控机床的进给传动系统
滚珠丝杠螺母副的缺点
由于结构复杂，丝杆和螺母等元件的加工精度和表面 质量要求高，故制造成本高。 由于不能自锁，特别是垂直安装的滚珠丝杆传动，会 因部件的自重而自动下降。当部件向下运动且切断动 力源时，由于部件的自重和惯性，不能立即停止运动。 因此必须增加制动装置。
结论： 由于其优点显著，虽成本较高，仍被广泛应用在
4.4
数控机床进给传动系统
按丝杠与螺母的摩擦性质分： 滑动丝杠螺母副：主要用于旧机床的数控化改造、经 济型数控机床等； 滚珠丝杠螺母副：广泛用于中、高档数控机床； 静压丝杠螺母副：主要用于高精度数控机床、重型机 床。
滚珠丝杠螺母副是滚动摩擦，它的特点是：
摩擦因数小，传动效率高，所需传动转距小；
滚珠丝杠螺母副结构图例
1-丝杠 2-滚道 3-螺母 4-滚珠
滚珠丝杠螺母副的优点
传动效率高，摩擦损失小
滚珠丝杆螺母副的传 动效率η＝0.92～0.96，可实现高速运动。 运动平稳无爬行 由于摩擦阻力小，动、静摩擦 系数之差极小，故运动平稳，不易出现爬行现 象。 传动精度高，反向时无空程 滚珠丝杆副经预紧 后，可消除轴向间隙。 磨损小 精度保持性好，使用寿命长。 具有运动的可逆性 可以将旋转运动转换成直 线运动，也可将直线运动转换成旋转运动，即 丝杆和螺母均可作主动件或从动件。
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。
数控机床的系统组成及其功能
数控机床的系统组成及其功能数控机床是一种高度自动化的机床，它利用数字控制技术来加工金属或其他材料。
数控机床的系统组成包括以下几个主要部分：1.数控装置：数控装置是数控机床的核心部件，它通过接收输入的加工程序，将加工过程转化为一系列的指令，控制机床的各个部件进行精确的运动。
数控装置一般由计算机硬件、控制软件和输入输出接口等组成。
2.进给系统：进给系统是数控机床的重要部分，它负责将动力传递给机床的各个运动部件，包括工作台、主轴、刀架等。
进给系统通常由电动机、丝杠、齿轮、轴承等组成，通过改变电动机的转速和旋转方向来控制机床的运动速度和方向。
3.主轴系统：主轴系统是数控机床的关键部件，它负责驱动刀具进行切削加工。
主轴系统一般由电动机、主轴、轴承、刀具夹头等组成，通过调节电动机的转速和旋转方向来控制刀具的旋转速度和旋转方向。
4.辅助装置：数控机床的辅助装置包括冷却系统、润滑系统、排屑系统、照明系统等，它们分别负责提供冷却液、润滑油、排除切屑、照明等工作。
这些辅助装置对于保证机床的正常运转和加工过程的顺利进行至关重要。
5.控制系统：控制系统是数控机床的基础部分，它通过接收操作者输入的指令，将加工过程转化为一系列的数控指令，控制机床的各个部件进行精确的运动。
控制系统通常由控制器、操作面板、传感器等组成，通过调节电动机的转速和旋转方向来控制刀具的旋转速度和旋转方向。
数控机床的功能非常广泛，它可以加工各种类型的零件，包括金属和非金属材料，如钢、铸铁、有色金属、塑料等。
数控机床可以完成多种加工操作，如车削、铣削、钻孔、攻丝、磨削等。
此外，数控机床还可以进行精确的测量和检验，确保加工出的零件符合精度要求。
除了自动化和高精度，数控机床还具有高效率的特点。
由于数控机床可以同时控制多个坐标轴，因此它可以一次装夹多个工件，减少装夹和测量时间，提高生产效率。
此外，数控机床还可以进行在线监测和故障诊断，及时发现并解决问题，减少停机时间和维修成本。
数控机床的进给传动系统
4. 种类：双齿轮错齿式、压力弹簧式、碟形弹簧式 5. 双齿轮错齿式 6. 套装构造拉簧式双薄片直齿轮相对回转调整齿槽间
隙
7. 压力弹簧式 8. 套装构造压簧式内外圈式锥齿轮相对回转调整齿槽
间隙
9. 碟形弹簧式 10. 碟形弹簧式双薄片斜齿轮轴向移动调整齿槽间隙
3.3 进给传动系统齿轮传动间隙消除措施 一、直齿圆柱齿轮传动间隙旳调整 1.偏心套调整 只能补偿齿厚误差与中心距误差引起旳齿侧间隙， 不能补偿偏心误差引起旳齿侧间隙。
偏心套间隙 消除机构
3.3 进给传动系统齿轮传动间隙消除措施 2.垫片调整
调整两齿轮在轴向旳相对位置即可到达消除齿侧间 隙旳目旳。
3.2 数控机床进给传动系统旳基本形式 1、经过调整垫片旳厚度使左、右螺母产生轴向位移，
就可到达消除间隙和产生预紧力旳作用； 2、简朴、刚性好、装卸以便、可靠； 3、调整困难 ，调整精度不高。
双螺母垫片式构造
3.2 数控机床进给传动系统旳基本形式 1、用键限制螺母在螺母座内旳转动。调整时，拧动圆 螺母将螺母沿轴向移动一定距离，在消除间隙之后用 圆螺母将其锁紧； 2、简朴紧凑，调整以便，但调整精度较差，且易于松 动。
双螺母齿差式构造
3.2 数控机床进给传动系统旳基本形式
滚珠丝杠旳预拉伸
滚珠丝杠在工作时会发烧，其温度高于床 身。丝杠旳热膨胀会使导程增大，影响定位精 度。为了补偿热膨胀，可将丝杠预拉伸。预拉 伸量应不不大于热膨胀率。发烧后，热膨胀量 抵消了部分预拉伸量，使丝杠内旳拉伸力下降， 但长度却没有变化。
3.2 数控机床进给传动系统旳基本形式
3.2 数控机床进给传动系统旳基本形式 从旋转电动机到直线电机旳演化
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
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介绍
2024/3/25
7
四、滚珠丝杠副的应用
（一）滚珠丝杠副的支承 常见安装方式有以下四种情况:
(1)固定—自由 适用于低转速，中精度，短轴向 丝杠。
(2)支承—支承 适用于中等转速，中精度。 (3)固定—支承 适用于中等转速、高精度。
(4)固定—固定 适用于高转速、高精度。
2024/3/25
8
（二）滚珠丝杠副的选择方法
L 50 fh ft fc fa fw
3 C F
L—额定寿命（km） C—额定动载荷
F—工作载荷
—f硬h 度系数
ft—温度系数
f
—精度系数
a
—接fc 触系数 —载fw 荷系数
2024/3/25
19
滚动导轨块寿命计算的公式为：
10
L 100 fh ft fc fa C 3
fw
F
如果寿命以h计算，
螺母2
螺母座 螺母1
内齿圈
齿差调隙式
2024/3/25
34
固定
危险转速（临界转速）
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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。
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1. 滚珠丝杠螺母副的传动特点
1) 摩擦力小，传动效率高（0.9～0.96）； 2) 传动灵敏，运动平稳，低速时无爬行； 3) 磨损小，精度保持性好，寿命长； 4) 经预紧可消除轴向间隙，无反向空行程，轴向
刚度高；
5) 传动有可逆性，不能实现自锁，立式时需要制 6) 动装置和超程保护； 6) 制造工艺复杂，成本高； 7) 尺寸不能太大，不适应于长行程和大型机床；
2）要求
为此，数控机床的进给传动系统必须满足下 列要求： （1）减少运动部件的摩擦阻力小； （2）提高传动精度和刚度； （3）运动部件惯量小；
3）方法与措施
（1）变滑动丝杠为滚珠丝杠； （2）使用滚动导轨、贴塑导轨、静压导轨； （3）减少传动间隙，对丝杠、支承进行预紧； （4）传动件结构合理化，减少尺寸，降低惯量；
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图b所示是一端固定一端游动的支承形式，丝 杠轴向刚度与图a形式相同，丝杠受热后有膨胀伸 长的余地，需保证螺母与两支承同轴。这种形式 的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于较长丝 杠或卧式丝杠
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图c所示是两端固定的支承形式，丝杠的轴向刚 度约为一端固定形式的4倍，可预拉伸，这样既可 对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得 到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺都较复杂 适用于长丝杠。
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(1) 双螺母垫片预紧方式
❖ 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
❖ 简单、刚性好、装卸方便、可靠 ❖ 调整困难 ，调整精度不高
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(2) 双螺母螺纹预紧方式
❖ 用键限制螺母在螺母座内的转动。调整时，拧动 圆螺母将螺母沿轴向移动一定距离，在消除间隙 之后用圆螺母将其锁紧。
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2. 滚珠丝杠螺母副的结构及其特点
按螺旋滚道法向截面形状分: 单圆弧型和双圆弧型
按滚珠循环方式分: 内循环式和外循环式
按消除轴向间隙和调整预紧方式分: 垫片预紧式、螺纹预紧式和齿差预紧式
按用途分: 定位滚珠丝杠副(P类)、传动滚珠丝杠副(T类)
数控机床进给运动采用P类。
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内循环滚珠螺母结构
1
2. 进给传动系统的基本形式
1）按进给运动分： 直线和圆周进给运动两类。 直线进给运动实现方法：滚珠丝杠螺母副、齿轮 齿条副、直线电机； 圆周进给运动实现方法：齿轮副、蜗轮蜗杆副；
2）根据驱动电机又分为： (1) 步进电机伺服进给系统； (2) 直流电机伺服进给系统； (3) 交流电机伺服进给系统； (4) 直线电机伺服进给系统；
(3) 调速范围宽；
(4) 稳定性好；
(5) 可靠性高；
3
3）半闭环进给伺服传动系统组成
滚珠 丝杠 螺母
丝杠
伺服 电机 支承 轴承
4
4. 进给直线电机结构简介
1）特点： (1)完全取消旋转运动变为直线运动的转换； (2)机械传动机构大大简化，实现“零传动”； (3)进给速度大，可达100m/min，10m/s2； (4)进给系统精度高、刚度大、响应快、稳定
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3) 滚珠丝杠螺母副与电动机的联接 (1)联轴器直接联接
优点：具有最大的刚度；本身无间隙，传动精度 高； 结构简单；适用中小型及高速CNC。
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(2)齿轮联接
特点：可变速传动，转矩可调，机电匹配性好， 布置灵活；但噪声大，摩擦增加，传动有间隙， 闭环易振荡，传动效率降低。
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(3)同步齿形带联接； ➢同步带传动装置
反向器
特点：滚珠在循环过程中始终与丝杠接触，易卡珠
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外循环滚珠螺母结构 丝杠 滚珠 回珠管
螺母
插管式 回珠管
特点：滚珠经回珠管外滚道作循环，有部分时间与 丝杠脱离接触。
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3. 滚珠丝杠螺母副的预紧和间隙的调整
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
性好；
(5)电动机cos 低，抗干扰要求高，需要防磁
和散热措施。
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2）直线电机结构：
1－光
床身 直线电机结构
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工作台
床身
直线电机结构
8
2.3.2 滚珠丝杠螺母副 作用：将回转运动转换为直线运动； 用途：各类中小型数控机床的直线进给；
丝杠 螺母
双螺母
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滚珠丝杠螺母副 10
2
3. 进给传动的组成部件及其要求
1）进给传动系统的主要机电部件有：
(1)运动部件；(如工作台、导轨、横梁、立柱等)
(2)伺服电动机；
(3) 检测元件；
(4)联轴节；
(5) 丝杠轴承；
(6)滚珠丝杠螺母副(或齿轮齿条副)；
(7)减速机构(齿轮副和带轮)；
2）对进给传动部件的要求：
(1) 有较高的工作精度； (2) 响应速度快；
❖ 简单紧凑，调整方便，但调整精度较差，且易于 松动
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(3) 双螺母齿差预紧方式
螺母1和2的凸缘上各制有一个圆柱外齿轮，两个 齿轮的齿数相差一个齿，两个内齿圈3和4与外齿轮 齿数分别相同，并用预紧螺钉和销钉固定在螺母座 的两端。
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(3) 双螺母齿差预紧方式
调整时先将内齿圈取下，根据间隙的大小调整 两个螺母1、2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 和预紧的目地。
1)原则： 预加载荷能有效减小弹性变形带来的轴向位移
为限度。 预紧是指配合在过盈的条件下工作，把弹性变
形量控制在最小限度
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2)方法： ➢双螺母预紧：
消隙方法比较灵活，维护简单，但预紧时， 必须注意：
a) 螺母预紧力也不宜过大 、过小； b) 应该特别注意减小丝杠安装部分和驱动 部分的间隙。
双螺母预紧常用有以下三种方法： 垫片调隙式； 螺纹调隙式； 齿差调隙式。
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4. 滚珠丝杠螺母副的安装 滚珠丝杠主要承受轴向载荷，它的径向载荷
主要是卧式丝杠的自重。
1)支承轴承组合
向心球轴承＋圆锥滚子轴承； 双向推力角接触球轴承(丝杠专用)＋角接触球轴承； 60°角接触轴承(丝杠专用)＋圆锥滚子轴承；
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2)支承固定方式
图a所示是一端固定一端自由的支承形式。其 特点：是结构简单，轴向刚度低，适用于短丝杠 及垂直布置丝杠。一般用于数控机床的调整环节 和升降台式数控铣床的垂直坐标轴
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➢同步带结构
带背
强力层
带齿
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➢同步带传动特点：
同步齿形带传动是综合了带、链传动优点的新 型传动方式。具有：