数控机床进给系统

数控典型进给传动系统及系统图
相位比较伺服系统原理框图
数控典型进给传动系统及系统图
2．闭环进给位置伺服系统（8）
• 幅值比较伺服系统工作原理 是以位置检 测信号的幅值大小来反映机械位移的数值 ，并以此作为位置反馈信号与指令信号进 行比较构成的闭环控制系统。该系统的特 点是所用的位置检测元件（感应同步器和 旋转变压器）应工作在幅值工作方式。
数控机床对进给传动系统的要求
6. 运动件的摩擦阻力小 进给系统中的摩擦阻力会降低传动效率，并产生摩擦热，特 别是会影响系统的快速响应特性。（措施；减弱导轨和丝杠 的结构使摩擦阻力）。 8. 消除传动系统中的间隙 对于开环伺服系统，传动环节的间隙会产生定位误差；对于 闭环伺服系统，包括滚珠丝杠、轴承、齿轮、蜗轮蜗杆，甚 至连轴器和键联接都必须采用相应的消除间隙措施 。 9. 减小运动惯量，具有适当的阻尼 在满足强度和刚度的条件下，应尽可能地合理配置各元件， 使它们的惯量尽可能地小。 系统中的阻屁既降低了伺服系统的快速响应特性，又能够提 高系统的稳定性。
(1) 有较高的工作精度； (2) 响应速度快； (3) 调速范围宽； (4) 稳定性好； (5) 可靠性高；
进给系统的装配方法
保证装配精度的方法可归纳权为：互换装配法、选择 装配法、修配装配法和调整装配法四大类。 一、互换装配法 互换装配法可分为完全互换装配法和不完全互换装 配法，现分述如下： 1.完全互换装配法 (1) 特点： 优点： 装配质量稳定可靠（装配质量是靠零件的加工 精度来保证）；装配过程简单，装配效率高（零件不需 挑选，不需修磨）；易于实现自动装配,便于组织流水作 业；产品维修方便。
数控典型进给传动系统及系统图
半闭环进给伺服系统原理图
半闭环进给伺服传动系统组成
滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副
双螺母
半闭环进给伺服传动系统组成
伺服电机 滚珠 丝杠 螺母 伺服 电机 支承 轴承
丝杠
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。
数控典型进给传动系统及系统图
1．由步进电机构成的开环控制系统
• 步进电机开环伺服系统结构简单，安装调试方便 ，成本低，但精度有限。 • 影响精度的因素 精度取决于步进电机和机械装 置的精度。其他因素如步进电机的步距角精度， 机械传动部件的精度，丝杠、支承的传动间隙以 及传动和支承件的变形等，将直接影响进给位移 的精度。 • 提高精度的措施 适当提高系统组成环节的精度 ，还可采取传动间隙补偿和螺距误差补偿等补偿 措施。
进给系统的装配方法
三、修配装配法 2、特点：主要优点是：组成环均可以加工经济精度制造， 但却可获得很高的装配精度。不足之处是：增加了修配工作量，生 产效率低；对装配工人的技术水平要求高。 3、应用： 修配装配法适用于单件小批生产中装配那些组成环 数较多而装配精度又要求较高的机器结构。
四、调整装配法 调节调整件相对位置的方法有可动调整法、固定调整法和误 差抵消调整法等三种。 2、特点：主要优点是：组成环均可以加工经济精度制造，但却 可获得较高的装配精度；装配效率比修配装配法高。不足之之处： 是要另外增加一套调整装置。 3、应用：可动调整法和误差抵消调整法适用于在小批生产中应 用，固定调整法则主要适用于大批量生产。
数控典型进给传动系统及系统图
2．闭环进给位置伺服系统
• 闭环位置控制主要采用直流伺服电动机或交流伺服电动机驱动，机床工作 台的实际位移可通过检测装置及时反馈给数控装置中的比较器，以便与指 令位移信号进行比较，两者的差值又作为伺服电机的控制信号，进而驱动 工作台消除位移误差。
• 闭环系统的分类 由于闭环、半闭环控制系统采用的位置检测 元件不同，使得指令信号与位置反馈信号的比较方式不同，通 常有脉冲比较、相位比较和幅值比较三种不同的比较方式。 • 脉冲比较伺服系统工作原理 系统按功能模块大致可分为三部 分：采用光电脉冲编码器产生位置反馈脉冲Pf；实现指令脉冲 F与反馈脉冲Pf的脉冲比较环节，以取得位置偏差信号e；以位 置偏差e作为速度调节系统。 •
进给系统的装配方法
不足之处：当装配精度要求较高，尤其是在组成环数较多 时，组成环的制造公差规定得严，零件制造困难，加工成本高。 (2)应用： 完全互换装配法适用于在成批生产、大量生产中装 配那些组成环数较少或组成环数虽多但装配精度要求不高的机 器结构。
2.统计互换装配法（不完全互换装配法） 优点：扩大了组成环的制造公差，零件制造成本低； 装配过程简单，生产效率高。不足之处是：装配后有 极少数产品达不到规定的装配精度要求，须采取另外 的返修措施。大数互换装配方法适用于在大批大量生 产中装配那些装配精度要求较高且组成环数又多的机 器结构。
1）作用 接受数控系统发出的进给脉冲，经放大和转换 后驱动执行元件实现预期的成形运动。 进给传动系统承担了数控机床各直线坐标轴和回转坐标轴 的定位，以及切削进给系统的传动精度、灵敏度和稳定性 ，它直接影响被加工件的最后轮廓精度和加工精度。 2）要求 1. 高的精度要求 所谓精度是指伺服系统的输出量跟随输入量的精确程度。 。（提高精度措施：脉冲当量越小，机床的精度就越高。 消除进给传动链的间隙，一般脉冲当量应在0.01~0.001mm 之内。）
数控典型进给传动系统及系统图
幅值比较伺服系统框图
数控典型进给传动系统及系统图
3．半闭环进给位置伺服系统
• 基本构成：系统由位置控制单元和速度控制单 元构成。 • 注意事项：光电脉冲编码器发出的脉冲，一方 面用作位置的反馈信号，另一方面用作测速信 号。频率 —电压变换器的作用是输出与反馈脉 冲信号的频率变化成正比的直流电压信号，该 信号就是速度单元的速度反馈信号，它与速度 指令电压比较来控制伺服电机转速。
数控机床对进给传动系统的要求
2. 宽的调速范围 由于数控机床加工要适应各种工件材料、尺寸和刀具等变化 的需要，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。 3. 快的响应速度 所谓响应速度是指伺服系统跟随指令信号的响应速度快，使工 作台能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，保证轮廓 切削的形状精度和良好的加工表面精度。 4. 好的稳定性 要有较强的抗干扰能力，有较硬的调速机械特性，外加负载变 化的适应能力强。 5. 大的转矩输出 要求低速时进给驱动要有大的转矩输出。（措施：需缩短进给 驱动传动链，简化机械结构，增强系统刚性，提高传动精度）。
数控机床对进给传动系统的要求
（三）.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：
同步带
螺母 滚珠丝杠
镶条
缓冲块
滚珠丝杠 前支承 螺母
Байду номын сангаас
滑板 同步带 交流伺服 电动机 脉冲编码器
MJ-50型数控车床Z轴进给结构
传动特点：交流伺服电机＋同步带＋滚珠丝杠 主要构造： 1）与丝杠同轴安装编码器； 2）单螺母滚珠丝杠； 3）丝杠支承： 前端支承：三列角接触球轴承； 后端支承：单列滚子轴承； 4）丝杠固定：前端固定＋后端浮动； 5）电动机与同步带联接：无键联接；
数控机床对进给传动系统的要求
（二）.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；
MJ-50型数控车床Z轴进给结构
脉冲编码器 同步带轮 缓冲块 螺母 滚珠丝杠 缓冲块 右支承
螺母
交流伺服 电动机
床身
同步带 同步带轮
MJ-50型数控车床Z轴进给前端结构
脉冲编码器 同步带轮 滚珠丝杠
外锥环 角接触轴承
螺钉
螺母
法兰 同步带轮 内锥环
数控机床对进给传动系统的要求
（一）进给传动系统的作用和要求
数控典型进给传动系统及系统图
脉冲比较环节框图
数控典型进给传动系统及系统图
2．闭环进给位置伺服系统
• 相位伺服系统的工作原理 • 在采用感应同步器作为位置检测元件的相位伺服系统 中，感应同步器取相位工作状态，以定尺的相位检测 信号经整形放大后所得的PB（θ）作为位置反馈信号。 指令脉冲F经脉冲调相后，转换成重复频率为f0的脉冲 信号 PA（θ）。PA（θ）和 PB（θ）为两个同频的脉冲信 号的相位差Δθ反映了指令位置与实际位置的偏差，由 鉴相器判别检测。伺服放大器和伺服电机构成的调速 系统，接受相位差Δθ信号以驱动工作台朝指令位置进 给，实现位置跟踪。
数控机床进给模块
• • • • • 数控机床的典型进给传动系统图 系统图的主要结构和功用 数控机床对进给系统的要求 进给系统的装配方法 进给系统的装配过程
数控典型进给传动系统及系统图
1．由步进电机构成的开环控制系统
• 基本控制原理 由数控装置送来的—定频率和数量的 指令脉冲，经步进电机环形分配器分配和功率放大器 放大后驱动步进电机旋转。 • 步进电机的使用 步进电机的角位移或线位移与脉冲 数成正比，其转速与脉冲频率成正比，它将指令脉冲 变成步进电机输出轴的旋转运动
卧式车床的布局
传递动力，实现主轴 变向、变速的主运动
主轴箱 卡盘
装夹车刀，实现纵向、 支承长工件，安装 孔加工刀具 横向和斜向运动
刀架
尾架
支承、安装 各主要部件
床身
底座 进给箱 底座 溜板箱
用于改变进给量 或被切螺纹导程
实现刀架纵向、横向进 给、快速移动或车螺纹
同步带轮 MJ-50型数控车床X轴进给结构 滚珠丝杠 螺母 后支承 缓冲块
进给系统的装配方法
二、选择装配法 1、 选择装配法种类 •直接选配法： 特点： 1）装配精度较高； 2）装配时凭经验和判断性测量来选 择零件，装配时间不易准确控制； 3）装配精度在很大程度上取 决于工人的技术水平。 •分组选配法： （4）特点：主要优点是：零件的制造精度不高，但却可获得很 高的装配精度；组内零件可以互换，装配效率高。不足之处是： 增加了零件测量、分组、存贮、运输的工作量。分组装配法适用 于在大批大量生产中装配那些组成环数少而装配精度又要求特别 高的机器结构。
位置、速度和电流构成的三环结构如图所示。
进给传动系统的主要构造和功用
数控车床X轴进给结构 传动特点：交流伺服电机＋同步带＋滚珠丝杠 主要构造： 1）与电机同轴安装编码器； 2）双螺母滚珠丝杠； 3）丝杠支承： 前端支承：双列角接触球轴承； 后端支承：三列角接触球轴承； 4）丝杠固定：两端固定； 5）矩形滑动导轨＋调整元件预紧；
数控典型进给传动系统及系统图
脉冲比较伺服系统原理图
数控典型进给传动系统及系统图
2．闭环进给位置伺服系统
• 脉冲比较电路的基本组成有两个部分：一是脉冲分离部分，二是 可逆计数器。 • 应用可逆计数器实现脉冲比较的基本原理 当输入指令脉冲为正 （即F＋）或反馈脉冲为负（即Pf－）时，可逆计数器作加法计数 ；当指令脉冲为负（即F－）或反馈脉冲为正（即Pf＋）时，可逆 计数器作减法计数。 • 脉冲分离原理 当加、减脉冲先后到来时，脉冲本身就是分离的 ，则可直接进入可逆计数器按预定的要求作加法计数或减法计数 ；若加、减脉冲同时到来时，则由硬件逻辑电路保证，先作加法 计数，然后经过几个时钟的延时再作减法计数，这样，可保证两 路计数脉冲信号均不会丢失。
• 它的数控装置多由单片机构成，步进电机由于采用脉冲方式工 作，且各相需按一定规律分配脉冲，因此，需要环形脉冲分配 器来实现脉冲分配逻辑和脉冲产生逻辑。还要求有功率驱动部 分。为了保证步进电机不失步地启停，要求控制系统具有升降 速控制环节．
数控典型进给传动系统及系统图 步进电机开环进给伺服系统原理图：