数控机床进给驱动系统-课件PPT讲义(演示稿)
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数控机床的进给伺服系统ppt课件
稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低
速时的平稳性显得特别重要。
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5
2. 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) ▢ 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。
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9
第二节 进给伺服驱动系统
一、概述
1. 进给伺服驱动系统由进给伺服系统中的 驱动电 机及其控制和驱动装置组成。
2. 驱动电机是进给系统的动力部件，它提供执行 部分运动所需的动力，在数控机床上常用的电 机有：
步进电机
直流伺服电机
交流伺服电机
直线电机
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10
3. 速度单元是上述驱动电机及其控制和驱动装置，通 常驱动电机与速度控制单元是相互配套供应的， 其性能参数都是进行了相互匹配，这样才能获得 高性能的系统指标。
Z1
t
34
解： （1）由计算脉冲当量：
L0
360
4. 速度控制单元主要作用：接受来自位置控制单元的 速度指令信号，对其进行适当的调节运算(目的是 稳速)，将其变换成电机转速的控制量(频率，电压 等)，再经功率放大部件将其变换成电机的驱动电 量，使驱动电机按要求运行。
即，调节、变换、功放。
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11
5. 进给驱动系统的特点（与主运动（主 轴）系统比较）：
。
√“三拍”——每一拍转子转过一个步距角，这样“三
拍”是指通电换接三次后完成一个通电周期。 ➢三相六拍通电方式 ——即按A AB B BC C CA
相序通电。（见下图）
数控机床进给伺服驱动系统.ppt
• 脉冲、数汾字比较伺服系统
• 经相位比较伺服系统
• 碎 幅值比较伺服系统
•增 全数字伺服系统
第二节 步进伺服驱动厂控制
•
在数机控机床中使用的伺服电脆动机有
步进电动机、直黍流伺服电动机、交流伺遁
电动机和直线电动机等卧。步进伺服驱动系
统的甥执行元件是步进电机。
步进电蔼动机一般用于开环伺服殊系统中， 没有位置反馈训环节，位置控制精度由舰步进电 动机和进给链来决定。
嚏
曲线2—实际的借移
正补偿脉冲 B 动（有螺距的误差）
误差
锰
曲线3—补偿前的误
沛差曲线
艘
O
补偿脉冲
曲线4—补偿后的误
图5-16 螺距误差补偿原理
差曲线
曲线 1 - 理想的移动（没有螺距的误差）曲线 2 - 实际的移动（有螺距的误差）
第三节 闭环伺服控制先原理与系统
闭环控制的特点：坏工作可靠，抗干扰性强砍，精度高，但增加 了位翁置检测、反馈、比较等盼环节，结构复杂，调试嗜困难。
– 实现方法：
• 安俩置两个补偿杆 • 按照螺範距误差在补偿杆上设置疡挡块 • 工作台移动时行力程开关与挡块接触
时进行补偿。
第二节 步进伺服驱动明控制
机床运动
1 2
0.01 mm l
O
误差
3
O
脉冲数
1
2
0
脉冲数
-1
-2
微动开关 A
补偿杆 A
补偿杆 B
B
曲线1—理想的移动
（叼没有螺距误差）
负补偿脉冲 A
第五章 数控机床的进俺给伺服系统
第一节 概述讹
一、定义：
伴 进给伺服系统(吏Feed Servo硅 System)——毙以移
数控机床进给系统介绍(ppt 21页)
3、减少惯量：高速运转零件的惯量影响伺服系统的 启动和制动特性。
二 、滚珠丝杠螺纹副
1、
滚珠丝杠螺母副的特点
2、
滚珠丝杠螺母副间隙的调整
3、
滚珠丝杠的安装
4、
滚珠丝杠的防护
5、滚珠丝杠螺母副的代号、精度等级和标注
1、 滚珠丝杠螺母副的特点
滚珠丝杠工作原理：
如图是滚珠丝杠结构图， 其工作原理是：
在丝杠和螺母上加工有 弧形螺旋槽，当把它们 套装在一起时形成螺旋 通道，并且滚道内填满 滚珠。
间隙消除量⊿可用下式简便地计算出：
⊿=nt/z1/z2或n=⊿z1z2/t 式中 n--螺母在同一方向转过的齿数；
t--滚珠丝杠的导程；
z1，z2--齿轮的齿数。 例如，当z1=99、z2=100、t=10mm时， 如果两个螺母向相同方向各转过一个齿时，其相对轴 向位移量为
s=t／(z1z2)=10／(100*99)≈0.00lmm， 若间隙量为0.005mm，则相应的两螺母沿同方向转过 5个齿即可消除。
所以在进给传动系统中广泛采用各种间隙消除措施，
但是采用预紧等各种措施后仍然可能留有微量间隙。
此外由于受力的作用后产生弹性变形，也会产生间 隙，
所以在进给系统反向运动时仍需由数控装置发出脉 冲指令进行自动补偿。
综合而言，在设计进给系统时，应充分 注意减少摩擦阻力、提高传动精度和刚 度、消除传动间隙、减少运动部件惯量。
消除间隙的方法除了少数用微量过盈 滚珠的单螺母消除间隙外，常用的方 法是用双螺母消除丝杠、螺母间隙。
如图是双螺母垫片调隙式 结构，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。这种 方法结构简单、刚性好、 装卸方便、可靠。但缺点 是调整费时，很难在一次 修磨中调整完成，调整精 度不高，仅适用于一般精 度的数控机床。
二 、滚珠丝杠螺纹副
1、
滚珠丝杠螺母副的特点
2、
滚珠丝杠螺母副间隙的调整
3、
滚珠丝杠的安装
4、
滚珠丝杠的防护
5、滚珠丝杠螺母副的代号、精度等级和标注
1、 滚珠丝杠螺母副的特点
滚珠丝杠工作原理：
如图是滚珠丝杠结构图， 其工作原理是：
在丝杠和螺母上加工有 弧形螺旋槽，当把它们 套装在一起时形成螺旋 通道，并且滚道内填满 滚珠。
间隙消除量⊿可用下式简便地计算出：
⊿=nt/z1/z2或n=⊿z1z2/t 式中 n--螺母在同一方向转过的齿数；
t--滚珠丝杠的导程；
z1，z2--齿轮的齿数。 例如，当z1=99、z2=100、t=10mm时， 如果两个螺母向相同方向各转过一个齿时，其相对轴 向位移量为
s=t／(z1z2)=10／(100*99)≈0.00lmm， 若间隙量为0.005mm，则相应的两螺母沿同方向转过 5个齿即可消除。
所以在进给传动系统中广泛采用各种间隙消除措施，
但是采用预紧等各种措施后仍然可能留有微量间隙。
此外由于受力的作用后产生弹性变形，也会产生间 隙，
所以在进给系统反向运动时仍需由数控装置发出脉 冲指令进行自动补偿。
综合而言，在设计进给系统时，应充分 注意减少摩擦阻力、提高传动精度和刚 度、消除传动间隙、减少运动部件惯量。
消除间隙的方法除了少数用微量过盈 滚珠的单螺母消除间隙外，常用的方 法是用双螺母消除丝杠、螺母间隙。
如图是双螺母垫片调隙式 结构，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。这种 方法结构简单、刚性好、 装卸方便、可靠。但缺点 是调整费时，很难在一次 修磨中调整完成，调整精 度不高，仅适用于一般精 度的数控机床。
《数控机床进给系统》PPT课件
36
滑动导轨
37
3、滑动导轨 1> 滑动导轨的结构
三角形导轨： 三角形截面,有两个
导向面,同时控制垂 直方向和水平方向的 导向精度.
这种导轨在载荷的 作用下能自行补偿而 消除间隙,导向精度 较其他导轨高.
38
3、滑动导轨 1> 滑动导轨的结构
燕尾槽导轨：
这种滑动导轨的高 度值最小,能承受颠 覆力矩,摩擦阻力也 较大.
高速时的温升.一般常用压力循环润滑和定时定 量润滑两种方式.数控机床上滑动导轨的润滑主 要采用压力润滑.
导轨的防护是防止或减少导轨副磨损,延长导轨 寿命的重要方法之一.防护装置有刮板式、卷帘式 和伸缩式等.数控机床上大多采用伸缩式防护罩.
12
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.
13
内循环滚珠螺母结构
1
2〕要求
为此,数控机床的进给传动系统必须满足以下 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；
通过预加负载可提高其刚性,且具有自调的能力,安装基 面的许用误差大.
2> 滚动导轨块 用滚动体进行循环运动,滚动体为滚珠或滚柱,
承载能力和刚度都比直线滚动导轨高,但摩擦系 数略大.
第7章 数控机床的进给伺服系统PPT课件
起动频率fq 的选择 先计算电机轴上的等效负载转动惯量：
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
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
《数控技术及应用》数控机床进给伺服系统的控制原理(共25张PPT)
1. 工作台位移量的控制 2. 工作台进给速度的控制
3. 工作台运动方向的控制
综上所述，在步进式伺服系统中，输入进给脉冲数量、频率、 方向经驱动控制线路和步进电动机，可以转换为工作台的位移 量、进给速度和进给方向，能够满足数控机床伺服系统对位移 控制的要求。
第10页，共25页。
10
7.3.3 提高步进系统精度的措施
是x=kz，其中k是常数，该直线 轨迹方程等价于式(7-1)所示的 参数方程组。
对于两轴zx圆弧vk插zvtz补t (图7.2)，轨
迹如图7.2所示，轨迹方程是 x2+z2＝r2。该圆弧轨迹方程等价
于参数方程式组(7-2)。
第6页，共25页。
6
7.2.2 指令值的修正
现在来分析典型的斜坡位置指令。参见图7.3。图7.3(a)表示的是 斜坡位置指令，图7.3(b)表示的是图7.3(a)中所包含的进给速度 信息，图7.3(c)表示图7.3(a)中所包含的加速度信息。很明显， 这里没有加减速的过程，进给速度是突变的，这样就产生了冲击 加速度，加速度是与驱动力成正比的，因而冲击加速度意味着驱 动力的冲击，这对机械传动部件是不利的。此外，指令进给速度 的突变会造成系统跟踪失步，增大跟随误差。
(3)临界阻尼 很(1)明显，这里没分有别加解减释速开的环过、程闭，环进、给半速闭度环是的突概变念的。，这样就产生了冲击加速度，加速度是与驱动力成正比的，因而冲击加速度意味着驱动力的
冲开击环， 系这统对驱机动械控传制动线部路件接是受不来利自的数。控机床控制系统的进给脉冲信号，并将该信号转换为控制步进电动机各定子绕组依次通电、断电的信号，使步
定。这一误差就称为系统跟随误差。
由图7.15可知，“伺服滞后”与“跟随误差”本质是一样
3. 工作台运动方向的控制
综上所述，在步进式伺服系统中，输入进给脉冲数量、频率、 方向经驱动控制线路和步进电动机，可以转换为工作台的位移 量、进给速度和进给方向，能够满足数控机床伺服系统对位移 控制的要求。
第10页，共25页。
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7.3.3 提高步进系统精度的措施
是x=kz，其中k是常数，该直线 轨迹方程等价于式(7-1)所示的 参数方程组。
对于两轴zx圆弧vk插zvtz补t (图7.2)，轨
迹如图7.2所示，轨迹方程是 x2+z2＝r2。该圆弧轨迹方程等价
于参数方程式组(7-2)。
第6页，共25页。
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7.2.2 指令值的修正
现在来分析典型的斜坡位置指令。参见图7.3。图7.3(a)表示的是 斜坡位置指令，图7.3(b)表示的是图7.3(a)中所包含的进给速度 信息，图7.3(c)表示图7.3(a)中所包含的加速度信息。很明显， 这里没有加减速的过程，进给速度是突变的，这样就产生了冲击 加速度，加速度是与驱动力成正比的，因而冲击加速度意味着驱 动力的冲击，这对机械传动部件是不利的。此外，指令进给速度 的突变会造成系统跟踪失步，增大跟随误差。
(3)临界阻尼 很(1)明显，这里没分有别加解减释速开的环过、程闭，环进、给半速闭度环是的突概变念的。，这样就产生了冲击加速度，加速度是与驱动力成正比的，因而冲击加速度意味着驱动力的
冲开击环， 系这统对驱机动械控传制动线部路件接是受不来利自的数。控机床控制系统的进给脉冲信号，并将该信号转换为控制步进电动机各定子绕组依次通电、断电的信号，使步
定。这一误差就称为系统跟随误差。
由图7.15可知，“伺服滞后”与“跟随误差”本质是一样
数控机床进给驱动系统概述PPT(共 115张)
减少磨擦发热。 低速移动准确、均匀，运动平稳性好。 抗振性好。
缺点： 结构比较复杂。 增加了一套液压设备。 调整比较麻烦。 对导轨的平面度要求比较高。
※ 滑动导轨----静压导轨
※ 滑动导轨----分类
（2）动压导轨：
动导轨的速度越高，越容易形成液 体润滑，油楔的承载能力也越大。因此 ，适用于主运动导轨。
润滑 不良
检查定量分油器
清除污物使油管 畅通
滚珠 滚珠丝杆轴承压盖压合不 调整压盖，使其
丝杆 良
压紧轴承
5
副噪 声
滚珠丝杆润滑不良
检查分油器和油 路，使润滑油充
足
※ 4、滚珠丝杠副的常见故障及诊断排 除方法
序 故障 号 现象
故障原因
排除方法
轴向预加载荷太大 调整轴向间隙和预加载 荷
滚珠 丝杠 6 不灵 活
回路管道
※ （一）滚珠丝杠副
（a）单圆弧 （b）双圆弧
螺纹滚道型面
※ （一）滚珠丝杠副
3、滚珠丝杠副的种类 按滚珠返回的方式不同可以分为
内循环式和外循环式两种。
※ （一）滚珠丝杠副
内循环。靠螺母上安装的反向器接
通相邻滚道，使滚珠成单圈循环。反向
器的数目与滚珠圈数相等。
丝杠
螺母 滚珠
反向器
滚珠在循环的过程中始终没有脱离丝杠。
※ 内循环滚珠丝杠螺母副的特点
滚珠循环回路短，流畅性好，效率高；
※ 内循环滚珠丝杠螺母副的特点
螺母的径向尺寸小， 加工困难，装配 调整不易；
适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密 进给系统。
※ （一）滚珠丝杠副
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 丝杠螺母间重新进入循环。
缺点： 结构比较复杂。 增加了一套液压设备。 调整比较麻烦。 对导轨的平面度要求比较高。
※ 滑动导轨----静压导轨
※ 滑动导轨----分类
（2）动压导轨：
动导轨的速度越高，越容易形成液 体润滑，油楔的承载能力也越大。因此 ，适用于主运动导轨。
润滑 不良
检查定量分油器
清除污物使油管 畅通
滚珠 滚珠丝杆轴承压盖压合不 调整压盖，使其
丝杆 良
压紧轴承
5
副噪 声
滚珠丝杆润滑不良
检查分油器和油 路，使润滑油充
足
※ 4、滚珠丝杠副的常见故障及诊断排 除方法
序 故障 号 现象
故障原因
排除方法
轴向预加载荷太大 调整轴向间隙和预加载 荷
滚珠 丝杠 6 不灵 活
回路管道
※ （一）滚珠丝杠副
（a）单圆弧 （b）双圆弧
螺纹滚道型面
※ （一）滚珠丝杠副
3、滚珠丝杠副的种类 按滚珠返回的方式不同可以分为
内循环式和外循环式两种。
※ （一）滚珠丝杠副
内循环。靠螺母上安装的反向器接
通相邻滚道，使滚珠成单圈循环。反向
器的数目与滚珠圈数相等。
丝杠
螺母 滚珠
反向器
滚珠在循环的过程中始终没有脱离丝杠。
※ 内循环滚珠丝杠螺母副的特点
滚珠循环回路短，流畅性好，效率高；
※ 内循环滚珠丝杠螺母副的特点
螺母的径向尺寸小， 加工困难，装配 调整不易；
适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密 进给系统。
※ （一）滚珠丝杠副
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 丝杠螺母间重新进入循环。
数控机床进给系统ppt课件
同步带
螺母 滚珠丝杠
镶条
缓冲块
滚珠丝杠 前支承 螺母
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；
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
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。
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。