数控机床进给系统
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数控机床的进给传动系统文档资料
(1) 滚珠丝杠螺母副机构组成
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。
20
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
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。
20
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
数控机床进给传动系统的发展 趋势与前景展望
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。
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
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
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
进给传动系统是将伺服电机的旋转运动转变为执行部 件的直线运动或回转运动。
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。
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。
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No 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
Image ，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。
数控典型进给传动系统及系统图
数控机床进给模块
No • 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
Image • 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
No • 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
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。
数控典型进给传动系统及系统图
相位比较伺服系统原理框图
No
Image
数控典型进给传动系统及系统图
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
No
Image
半闭环进给伺服传动系统组成
No Image
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
No
Image 丝杠
伺服 电机
支承
轴承
全数字伺服系统
No – 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 Image 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。
幅值比较伺服系统框图
No Image
数控典型进给传动系统及系统图
No 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
Image 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。
Image 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
• 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．
置偏差e作为速度调节系统。
•
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
No
Image
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
No • 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
（；当即指F＋令）脉或冲反为馈负脉（冲即为F负－（）即或反Pf－馈）脉时冲，为可正逆（计即数P器f＋作）加时法，计可数逆 计数器作减法计数。
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：
No
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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
No • 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，
位置、速度和电流构成的三环结构如图所示。
No Image
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进给传动系统的主要构造和功用
数控车床X轴进给结构
No 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；
Image 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；
Image 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。
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
No • 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
Image 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
脉冲比较环节框图
No
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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
No • 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。
Image 指令脉冲F经脉冲调相后，转换成重复频率为f0的脉冲
Image • 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。
数控典型进给传动系统及系统图
• 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
Image ，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。
数控典型进给传动系统及系统图
数控机床进给模块
No • 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
Image • 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
No • 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
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。
数控典型进给传动系统及系统图
相位比较伺服系统原理框图
No
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数控典型进给传动系统及系统图
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
No
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半闭环进给伺服传动系统组成
No Image
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
No
Image 丝杠
伺服 电机
支承
轴承
全数字伺服系统
No – 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 Image 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。
幅值比较伺服系统框图
No Image
数控典型进给传动系统及系统图
No 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
Image 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。
Image 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
• 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．
置偏差e作为速度调节系统。
•
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
No
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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
No • 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
（；当即指F＋令）脉或冲反为馈负脉（冲即为F负－（）即或反Pf－馈）脉时冲，为可正逆（计即数P器f＋作）加时法，计可数逆 计数器作减法计数。
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：
No
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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
No • 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，
位置、速度和电流构成的三环结构如图所示。
No Image
No Imamage
进给传动系统的主要构造和功用
数控车床X轴进给结构
No 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；
Image 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；
Image 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。
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
No • 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
Image 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
脉冲比较环节框图
No
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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
No • 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。
Image 指令脉冲F经脉冲调相后，转换成重复频率为f0的脉冲
Image • 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。
数控典型进给传动系统及系统图