数控机床进给运动系统
CK6140数控车床进给系统设计(全套图纸+论文)
摘要CK6140型数控机床，主运动系统采用1.26和1.58两种公比的混合公比传动系统，并用双速电机驱动，结构简单转速范围广。
合理地确定有关结构参数及动力参数，并对传动轴、齿轮、键等进行粗算及检验计算。
粗选步进电机及滚珠丝杠，构成开环控制系统。
关键词：数控；机床；开环控制第1章绪论1.1数控机床的发展趋势我国数控机床产量持续高速增长，根据市场需求和技术发展趋势，应重点推进高效、精密为核心的数控机床“”级工程，加强民展性能、高可靠性数控功能部件，积极开展复合加工机床、超精密数控机床和可重构制造系统的工程化研究等机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础，镄的民展一直备受人们关注。
数控机床以其卓越的柔性的自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目。
它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进成为先进制造技术的一项核心技术。
通过持续的开发研究以及对信息技术的深化应用，促进了数控机床性能和质量的进一步提升，使数控机床成为国民经济和国防建设发展的重要制造装备。
近6年来，我国数控金切机床（简称数控机床）产量一直以年均增长超过30％速度发展。
据初步统计，2004年数控机床的产量为51860台，事比增长40.8％，数控机床的消费量约74000台，事比增长32％。
数控机床需求的旺盛也促进了2004年内建的三资和民营机床厂以及数控机床品种的明显增加。
与此同时，甸进口的数控机床数量也在逐年同步增加，而且进口数控机床的消费额的增长趋势更快。
2004年数控机床的进口数量同比年增长30％，而进口消费额的增长却达52％，从而导致国产数控机床在国内市场消费额中的所占比例已不足30％。
之所以出现这一现象，其主要原因在于国内市场对技术和附加值高的高效、精密和高性能大型、重型数控机床需求增长，需要靠进口解决。
振兴我国数控机床市场占有率应着重于剖析数控机床及由其组成的制造系统（生产线）的技术现况及民展趋势，探讨使其能适应变批量，多品种、高质量、低成本以及具有快速响应的柔性和符合环保的未来生产模式的解决方案。
数控机床的主运动系统的特点
数控机床的主运动系统的特点
数控机床的主运动系统是数控机床的重要组成部分，其特点如下： 1. 高精度：数控机床的主运动系统采用高精度的伺服电机作为
驱动源，精确控制运动的位置和速度，实现高精度加工。
2. 高速度：数控机床的主运动系统具有高速度的特点，能够满
足快速加工的需求，提高加工效率。
3. 高刚性：数控机床的主运动系统采用高刚性的结构设计和材
料选择，提高机床的刚性，使其在高速运动时不易产生振动和变形。
4. 可编程：数控机床的主运动系统可以通过数控程序进行编程，实现自动化加工，提高生产效率。
5. 多轴控制：数控机床的主运动系统支持多轴控制，可以同时
控制多个运动轴，实现复杂加工操作。
6. 稳定性：数控机床的主运动系统具有良好的稳定性，可以在
长时间运行中保持稳定性能，减少机床维护和保养的成本。
7. 自动化：数控机床的主运动系统可以通过自动化控制系统实
现自动化加工，减少人力投入，提高生产效率。
- 1 -。
简述数控机床的加工原理
简述数控机床的加工原理
数控机床是根据数字信号控制的自动化加工设备，其加工原理主要包括以下几个方面：
1. 数控机床的控制系统：数控机床的控制系统由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理单元、输入输出设备、运动控制部分等，用于接收指令、处理数据、控制运动。
软件包括机床程序和工艺参数等，通过输入特定的代码和参数，确定加工路径和工艺要求。
2. 机床运动系统：数控机床的运动系统由主轴、进给轴和伺服系统组成，用于控制刀具和工件的运动。
主轴通过主轴驱动装置进行旋转，切削工具固定在主轴上，用于完成切削加工。
进给轴通过进给系统控制工件的相对移动，可以实现线性及旋转运动，以控制切削刀具的进给速度和位置。
3. 机床测量系统：数控机床的测量系统用于实时检测机床运动状态和工件尺寸，以保证加工质量。
常见的测量系统包括编码器、光栅尺、电容尺等，用于测量机床的位置、速度、角度等参数。
4. 加工过程控制：数控机床通过控制系统和测量系统实现对加工过程的监测和控制。
根据预设的工艺路径和参数，控制刀具的进给速度、切削深度、切削力等，以达到预期的加工效果。
总的来说，数控机床的加工原理是通过控制系统控制机床的运动和加工参数，实现对工件的精确切削加工。
通过数字化的控
制方式，可以提高加工精度和效率，扩大加工范围，提高生产自动化水平。
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
数控机床技术(第六章数控机床的进给传动系统)
第六章 数控机床的进给传动系统
（2）滚珠丝杠副的特点 1）传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率高达92 ％-96％，是普通梯形丝杠的3-4倍，功率消耗减少 2/3-3/4。 2）灵敏度高、传动平稳。 3）定位精度高、传动刚度高。 4）不能自锁、有可逆性。 5）制造成本高。
第六章 数控机床的进给传动系统
第六章 数控机床的进给传动系统
下图所示是静压丝杠副的结构图。
第六章 数控机床的进给传动系统
螺纹面上油腔的连 接形式与节流控制方 式有两种，如图所示。 图 a 中每扣螺纹每侧 中径上开 3-4 个油腔， 每个油腔用一个节流 器控制，称为分散阻 尼节流。图 b 是将分 布于同侧、同方位上 的 3-4 个油腔用一个 节流器控制，称为集 中 阻 尼 节 流 。
第六章 数控机床的进给传动系统
一、滚珠丝杠副
中小型数控机床中，滚珠丝杠副是减少运动部件摩擦 阻力和动静摩擦力之差最普遍采用的结构。
1．滚珠丝杠副工作原理及特点 （1）滚珠丝杠副的工 作原理
滚珠丝杠副是回转 运动与直线运动相互转 换的新型传动装置，是 在丝杠和螺母之间以滚 珠为滚动体的螺旋传动 元件。
在开环、半闭环进给系统中，传动部件的间隙直接影 响进给系统的定位精度，在闭环系统中，它是系统的主要 非线性环节，影响系统的稳定性。常用的消除传动部件间 隙的措施是对齿轮副、丝杠副、联轴器、蜗轮蜗杆副以及 支承部件进行预紧或消除间隙。但是，值得注意的是，采 取这些措施后可能会增加摩擦阻力及降低机械部件的使用 寿命，因此必须综合考虑各种因统
四、双齿轮—齿条副 在大型数控机床（如大型数控龙门铣床）的直 线进给运动中，可采用的另一种传动方式是齿轮— 齿条结构，它的效率高，结构简单，从动件易于获 得高的移动速度和长行程，适合在工作台行程长的 大型机床上用作直线运动机构。但机构的位移精度 和运动平稳性较差。 当负载小时，可采用双片薄齿轮错齿调整法， 分别与齿条齿槽左、右两侧贴紧，从而消除齿侧间 隙。当负载大时，采用顶加负载双齿轮—齿条无间 隙传动机构能较好地解决这个问题。
数控机床工作原理
数控机床工作原理数控机床是一种自动控制的机床，通过计算机编程控制机床进行加工。
它不仅具有普通机床的加工功能，还能够实现高效、精确的加工过程。
数控机床的工作原理主要包括机床结构、运动系统、控制系统等方面。
一、机床结构数控机床结构一般包括床身、工作台、主轴、传动系统等部分。
床身是机床的主体部分，承担着整个机床的重量，具有良好的刚性和稳定性。
工作台上安放着工件，主轴安装在立柱上，承担切削和转速控制功能。
传动系统一般由电机、减速器、皮带等构成，用于带动主轴和工作台等部件的运动。
二、运动系统数控机床的运动系统通过电机和传动装置实现。
运动系统包括进给运动和主轴运动两部分。
1.进给运动：数控机床的进给运动由进给电机和进给轴完成，进给轴的运行速度和位置可以通过控制系统进行调整。
进给运动一般包括线性进给和旋转进给。
线性进给通过滑块和导轨实现，而旋转进给通过滚珠丝杠和螺母实现。
2.主轴运动：主轴运动由主轴电机和主轴轴承等部件完成。
主轴电机通过传动装置驱动主轴旋转，主轴轴承支撑主轴的转动。
主轴的转速和位置也可以通过控制系统进行调节，从而实现不同的加工需求。
三、控制系统数控机床的控制系统是整个机床的核心部分，控制系统通过计算机编程控制机床的运动和加工过程。
1.控制器：控制器是数控机床的中央处理单元，负责接收和解析G代码，控制各个部件的动作和运动。
控制器可以是单独的主机，也可以是集成在机床内部的控制装置。
2.编程：数控机床的编程是通过G代码进行的。
G代码是一种数值控制语言，用于描述加工过程中各个轴的运动、速度、位置等信息。
3.传感器：传感器用于检测工件的位置、尺寸和形状等信息，并将这些信息反馈给控制系统进行处理。
常见的传感器包括光电、接触式传感器等。
4.伺服系统：伺服系统用于控制进给电机和主轴电机的运动。
伺服系统可以根据控制信号调整电机的转速和位置，从而实现精确的运动控制。
数控机床的工作原理是通过控制系统对机床的运动进行精确的控制，从而实现对工件的精确加工。
数控机床的主运动系统
总结词
结构简单、可靠性高、成本低
详细描述
机械主轴是传统数控机床中常用的主轴类型，其结构简单、可靠性高、成本低。它通过齿轮或皮带等传动方式将电动机的动力传递到主轴上，实现主轴的旋转运动。机械主轴的转速和扭矩调节范围较广，适用于多种加工需求，但在高速运转时噪音和振动较大。
VS
适合加工轻质材料、气动控制调节方便
总结词
详细描述
主轴的驱动方式
CATALOGUE
03
直流电机驱动具有较高的启动转矩和良好的调速性能，能够满足数控机床对主轴高精度、高速度的加工需求。
直流电机驱动具有较宽的调速范围，可以根据不同的加工需求调整主轴转速。
直流电机驱动系统通常采用电刷和换向器来转换电流方向，从而实现电机旋转方向的改变。
直流电机驱动系统的缺点是维护成本较高，且容易受到电刷和换向器的磨损影响。
THANKS
感谢观看
CATALOGUE
06
高效化：随着制造业对加工效率的要求不断提高，主运动系统正朝着高效化的方向发展。通过采用更快的伺服系统、优化传动装置和减少运动部件的摩擦阻力等手段，提高数控机床的加工速度和生产效率。
新材料的应用
随着新材料技术的不断发展，未来主运动系统的材料将得到进一步优化。采用新型高强度、轻质材料和复合材料，可以提高主轴的刚性和动态性能，降低重量和能耗。
主轴
主轴电机
主轴箱
主轴轴承
01
02
03
04
主轴是主运动系统的核心部件，它安装刀具并传递切削力，实现工件的切削加工。
主轴电机是主运动系统的动力源，为切削加工提供所需的动力。
主轴箱是主轴的支撑和传动部件，它安装主轴并传递动力，使主轴能够实现旋转运动。
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。
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数控机床进给运动系统，尤其是轮廓控制的进给运动系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两个方面同时实现自动控制，与普通机床相比，要求其进给系统有较高的定位精度和良好的动态响应特性。
一个典型数控机床闭环控制的进给系统，通常由位置比较放大单元、驱动单元、机械传动装置及检测反馈元件等几部分组成。
这里所说的机械传动装置是指将驱动源的旋转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、转动变移动的丝杠螺母副及导向元件等等。
为确保数控机床进给系统的传动精度、灵敏度和工作的稳定性，对机械部分设计总的要求是消除间隙，减少摩擦，减少运动惯量，提高传动精度和刚度。
另外，进给系统的负载变化较大，响应特性要求很高，故对刚度、惯量匹配都有很高的要求。
为了满足上述要求，数控机床一般采用低摩擦的传动副，如减摩滑动导轨、滚动导轨及静压导轨、滚珠丝杠等；保证传动元件的加工精度，采用合理的预紧、合理的支承形式以提高传动系统的刚度；选用最佳降速比，以提高机床的分辨率，并使系统折算到驱动轴上的惯量减少；尽量消除传动间隙，减少反向死区误差，提高位移精度等。
一.电机与丝杠之间的联接
数控机床进给驱动对位置精度、快速响应特性、调速范围等有较高的要求。
实现进给驱动的电机主要有三种：步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。
目前，步进电机只适应用于经济型数控机床，直流伺服电机在我国正广泛使用，交流伺服电机作为比较理想的驱动元件已成为发展趋势。
数控机床的进给系统当采用不同的驱动元件时，其进给机构可能会有所不同。
电机与丝杠间的联接主要有三种形式：
1．带有齿轮传动的进给运动
数控机床在机械进给装置中一般采用齿轮传动副来达到一定的降速比要求，如图所示。
由于齿轮在制造中不可能达到理想齿面要求，总存在着一定的齿侧间隙才能正常工作，但齿侧间隙会造成进给系统的反向失动量，对闭环系统来说，齿侧间隙会影响系统的稳定性。
因此，齿轮传动副常采用消除措施来尽量减小齿轮侧隙。
但这种联接形式的机械结构比较复杂。
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2．经同步带轮传动的进给运动
如图b）所示，这种联接形式的机械结构比较简单。
同步带传动综合了带传动和链传动的优点，可以避免齿轮传动时引起的振动和噪声，但只能适于低扭矩特性要求的场所。
安装时中心距要求严格，且同步带与带轮的制造工艺复杂。
3．电机通过联轴器直接与丝杠联接
如图c）所示，此结构通常是电机轴与丝杠之间采用锥环无键联接或高精度十字联轴器联接，从而使进给传动系统具有较高的传动精度和传动刚度，并大大简化了机械结构。
在加工中心和精度较高的数控机床的进给运动中，普遍采用这种联接形式。
二.滚珠丝杠螺母副
滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的一种新型传动装置，在数控机床上得到了广泛的应用。
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。
（一）滚珠丝杠螺母副工作原理
滚珠丝杠螺母副工作原理，如图所示。
图中丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，当它们对合起来就形成了螺旋滚道。
在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚回到丝杠与螺母之间，构成一个闭合的回路。
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（二）滚珠丝杠螺母副结构
滚珠丝杠的螺纹滚道法向截面有单圆弧和双圆弧两种不同的形状，如图所示(a)为单圆弧、b)为双圆弧)。
其中单圆弧工艺简单，双圆弧性能较好
滚珠的循环方式
滚珠循环方式分为外循环和内循环两种方式。
外循环
滚珠在循环过程结束后，通过螺母外表面上的螺旋槽或插管返回丝杠间重新进入循环。
如图a）所示为插管式，它用弯管作为返回管道，这种形式结构工艺性好，但由于管道突出于螺母体外，径向尺寸较大。
如图b）所示为螺旋槽式，它是在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹滚道相切，形成返回通道，这种形式的结构比插管式
结构径向尺寸小，但制造较复杂。
2．内循环
这种循环靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道,使滚珠成单圈环,,滚珠从螺纹滚道进入反向器,借助反向器迫使滚珠越过丝杠牙顶进入相邻滚道,实现循环。
一般一个螺母上装有2～4个反向器，反向器沿螺母圆周等分分布。
其优点是径向尺寸紧凑，刚性好，因其返回滚道较短，摩擦损失小。
缺点是反向器加工困难。
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