数控机床进给伺服系统
数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理（3篇）
数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理数控机床进给伺服系统是数控机床中非常关键的一个组成部分，它直接影响机床加工的精度和效率。
然而，在使用过程中，由于各种原因，进给伺服系统可能会出现故障。
本文将介绍数控机床进给伺服系统的常见故障及其诊断与处理方法。
一、数控机床进给伺服系统常见故障1. 运动不平稳：机床在加工工件时，出现运动不平稳的情况，可能是由于进给伺服系统的故障引起的。
这种情况表现为运动过程中有明显的抖动或者不稳定的现象。
2. 运动失效：机床无法正常运动，不响应操作指令。
这种情况可能是由于进给伺服系统的电源故障、控制器故障或者连接线路故障引起的。
3. 位置误差过大：机床在加工过程中，位置误差超过了允许范围，导致加工工件的尺寸不准确。
这种情况可能是由于进给伺服系统的位置反馈元件（如编码器）故障引起的。
4. 加工速度过慢：机床在加工时，进给速度远低于预设值，导致加工效率低下。
这种情况可能是由于进给伺服系统的电机故障或者速度控制回路故障引起的。
二、故障诊断与处理方法1. 运动不平稳的诊断与处理：首先，检查机床的润滑系统，确保润滑油是否充足，并且清洁。
其次，检查机床的传动系统，确保螺杆和导轨的润滑良好。
如果问题还未解决，可以通过检查进给伺服系统的控制器参数是否正确、电机驱动器是否正常工作等方式进一步诊断。
2. 运动失效的诊断与处理：首先，检查进给伺服系统的电源供应情况，确保电源正常。
其次，检查进给伺服系统的连接线路，包括电源线、编码器连接线等，确保线路没有松动或者断裂。
如果问题还未解决，可以通过检查进给伺服系统的控制器和电机驱动器是否正常工作等方式进一步诊断。
3. 位置误差过大的诊断与处理：首先，检查进给伺服系统的位置反馈元件，如编码器是否损坏或者松动。
如果问题还未解决，可以通过检查进给伺服系统的控制器参数是否正确、电机驱动器是否正常工作等方式进一步诊断。
4. 加工速度过慢的诊断与处理：首先，检查进给伺服系统的电机是否正常工作，包括电机是否有异常声音或者发热等。
CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计
__届毕业（设计）论文题目CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计专业班级学号学生姓名随笔客指导教师指导教师职称学院名称机电工程学院完成日期： 2014 年 5 月 25日CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计CK6140 CNC lathe main drive system and feed servo system design学生姓名指导教师摘要本文介绍了CK6140数控车床的组成及工作原理，对数控机床的主要组成部分：机床主轴箱，进给伺服系统及主轴PLC控制进行了总体的设计及其详细设计。
数控机床是现代机电一体化的典型产品，对提高零件的加工质量和加工效率具有较好的作用。
在本次设计中，主要完成了以下工作：根据给出的要求，首先确定设计要求给出的已知条件确定电机的型号和功率，传动系统的布局，变速方式，开停方式，换向方式，制动方式及齿轮的排列与布置。
然后根据转速范围及级数确定它的转速图、各齿轮的齿数和传动系统简图。
在根据已确定传动比来确定带传动。
通过轴的初步设计，进行齿轮的设计和校核。
选取相应的轴承和键，进行轴的具体设计和校核，键和轴承的设计和校核。
最后进行装配图和各个零件图的绘制，完成主轴箱的设计。
然后完成伺服系统的设计。
在对进给伺服系统进行设计时，要确定进给传动系统的传动方式及控制系统的形式。
设计中，选择进给伺服系统为开环控制系统。
通过给定的参数选择好步进电机的步距角可确定传动齿轮的传动比及滚珠丝杆的导程。
设计的进给伺服系统能够满足设计任务的要求。
关键词：数控机床主轴箱进给伺服系统AbstractThis thesis introduced the constitution and working principle of CK6140 machine tool，the primarily parts of NC machine tool designed：including proceeds the total design and detailed design. NC machine tool is a modern machine to give or get an electric shock the integral whole the typical model of technique the processing of product, right exaltation spare parts the quantity with process the efficiency to have the good function. In this design,primarily completed following work.According to the timetable to design. First identified design requirements given the known conditions determine the type and electrical power, drivetrain system layout, speed change, stop the way for the way braking and gear configuration and the way layout. Based on rotational speed and scope of the class to determine its rotational speed maps, the various gear and drivetrain system Chishu sketch. In accordance with established transmission belt transmission than to determine. Through axle of the preliminary design, gear design and verification. The bearings and get used to a specific axle design and verification, design and verification keys and bearings. Final assembly of the various parts and mapping. Completed the design of headstock.Then completing the design of the servomechanism system. In designing of servo system, we can determine driving mode of driving system and controlling mode of controllingsystem,choosing the servo system for opening wreath control the system.Passing the parameter to settle the choice the good step the step for the electrical engineering the distance cape can make sure to spread to move the spreading of wheel gear to move the radio the roll the bead silk the think stick's lead. Design of into give the servo system can satisfy to designthe request of the mission.Keywords：NC Machine Tool；Axis Housing；Servomechanism目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章卧式数控车床简介 (1)1.1数控车床简介 (1)1.2 CK6140介绍及设计说明 (2)1.3设计任务 (3)第二章 CK6140总体设计计算 (6)2.1总体设计要求 (6)2.2机床的总体布局的确定 (7)2.3换向方向的选择 (7)2.4开停方式选择 (8)2.5 制动方式选择 (8)2.6 齿轮布置与排布 (8)2.7 变速方式选择 (9)2.8进给系统的组成及选用 (10)第三章主变速箱总体设计 (12)3.1电机的选用 (12)3.2传动方案的拟定 (15)3.3确定各级的转速.................................... 错误!未定义书签。
数控机床纵向进给伺服系统设计综述
陕西科技大学目录1.1 设计任务 (2)1.设计题目： (2)2.设计内容与要求 (2)1.2 总体方案设计 (2)1.2.1带有齿轮传动的进给运动 (2)1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算 (2)1.选择脉冲当量 (2)2.计算切削力 (2)1）纵车外圆 (2)2)横切端面 (2)3.滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)1）纵向进给丝杠 (3)2)轴承选择。
(7)3）定位精度校核 (8)4.齿轮传动比计算。
(9)总结 (10)参考文献 (11)数控机床纵向进给伺服系统设计1.1 设计任务1.设计题目：数控机床纵向进给伺服系统设计2.设计内容与要求课题说明某一数控机床纵向进给伺服系统设计要求如下：纵向最大进给力为5000N，工作台重300Kg，工件及夹具的最大重量为500Kg，工作台纵向行程680mm，进给速度1～4000mm/min，快速速度15m/min。
导轨为矩形，表面粘贴聚四氟乙烯软带（摩擦系数为：0.04）。
要求的定位精度为±0.006mm。
设计内容——传动系统设计，主要包括运动转换机构、连接支撑方式等。
设计参数如下：(1)纵向行程：680mm(2)最大加工直径：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3)最大加工长度：1000mm(4)纵向进给速度：0.001～4m/min(5)纵向快速速度：15m/min(6)工作台重：300Kg(7)工件及夹具的最大重量：500Kg(8)摩擦系数为：0.04(9)代码制：ISO1.2 总体方案设计1.2.1带有齿轮传动的进给运动图1—1图1—2数控机床的伺服进给系统采用闭环系统，由于是数控机床纵向伺服系统，总体方案，从电动机出来带有齿轮传动，配上滚珠丝杠（采用滚珠丝杠可以提高系统的精度和纵向进给整体刚度）。
1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算1.选择脉冲当量根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向为0.01mm/步，横向为0.005mm/步（半径）。
第4章 数控机床伺服系统
第4章 数控机床伺服系统
第4章 数控机床伺服系统 工作原理：假设是单三拍通电工作方式。 （1）A 相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对 齐。此时，B 相和 A 相空间差120，含 1 120/9 = 13 齿 3 2 A 相和 C 相差240，含240/ 9 = 26 个 3 齿。所以，A 相的转子、定子的五个小齿对 齐时，B 相、C 相不能对齐，B相的转子、 定子相差 1/3 个齿（3），C相的转子、定 子相差2/3个齿（6）。
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式中：n —转速（r/min）； f —控制脉冲频率，即每秒输入步进电动机的脉冲数； 由上式可知：工作台移动的速度由指令脉冲的频率所控制。
第4章 数控机床伺服系统 特点：
(1)来一个脉冲，转一个步距角。
(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。
(3)改变脉冲顺序，改变方向。
种类：
有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转 子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。
第4章 数控机床伺服系统
计算机数控系统 机床 I/O 电路和装置 操作面板 键盘 输入输出 设备 机 床
PLC
计算机 数 装 控 置
主轴伺服单元
主轴驱动装置
进给伺服单元 测量装置
进给驱动装置
主进辅 运给助 传控 动 动制 机机机 构构构
数控机床的组成
第4章 数控机床伺服系统
第4章
数控机床伺服系统
第4章 数控机床伺服系统
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第4章 数控机床伺服系统
每个步距角对应工作台一个位移值，这个位移值称为脉 冲当量。 因此，只要控制指令脉冲的数量即可控制工作台移动的 位移量。步距角越小，它所达到的位置精度越高，因此实际 使用的步进电动机一般都有较小的步距角。 步进电动机的转速公式为：n 60 f
数控机床的伺服系统
第6章 数控机床的伺服系统
伺服驱动装置
位置控制模块 速度控制单元
工作台 位置检测
速度环 速度检测 位置环
伺服电机
测量反馈
图6-1 闭环进给伺服系统结构
数控机床闭环进给系统的一般结构如图，这是一个双闭环系统，内 环为速度环，外环为位置环。速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成。 速度控制单元是一个独立的单元部件，它是用来控制电机转速的，是速度控 制系统的核心。速度检测装置有测速发电机、脉冲编码器等。位置环是由 CNC装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组 成。
第6章 数控机床的伺服系统
A C1 B4 2 B 3C A
逆时针转30º
C 4 B
A 1 2 3 A
B
C 1 B
A 2
B 3 C
C
逆时针转30º
4 A
第6章 数控机床的伺服系统
采用三相双三拍控制方式，即通电顺序按AB→BC→CA→AB（逆时针 方向）或AC→CB→BA→AC（顺时针方向）进行，其步距角仍为30。由于 双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切换时总保持一相绕组通电，所以 工作比较稳定。
第6章 数控机床的伺服系统
设 A 相首先通电，转子齿与定子 A 、 A′ 对齐（图 3a ）。然后在 A 相继续通电的情 况下接通 B 相。这时定子 B 、 B′ 极对转子 齿 2 、 4 产生磁拉力，使转子顺时针方向转 动，但是 A 、 A′ 极继续拉住齿 1 、 3 ，因 此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转 子的位置如图 3b 所示，即转子从图 (a) 位 置顺时针转过了 15° 。接着 A 相断电， B 相继续通电。这时转子齿 2 、 4 和定子 B 、 B′ 极对齐（图 c ），转子从图 (b) 的位置又 转过了 15° 。其位置如图 3d 所示。这样， 如果按 A→A 、 B→B→B 、 C→C→C 、 A→A… 的顺序轮流通电，则转子便顺时针 方向一步一步地转动，步距角 15° 。电流 换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个 齿距角。如果按 A→A 、 C→C→C 、 B→B→B 、 A→A… 的顺序通电，则电机 转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六 拍方式。
数控机床对伺服系统的要求
数控机床对伺服系统的要求(1) 精度高伺服系统的精度：输出量能复现输入量的精确程度。
伺服系统的位移精度:指令脉冲要求机床工作台进给的位移量和该指令脉冲经伺服系统转化为工作台实际位移量之间的符合程度。
两者误差愈小，位移精度愈高。
(2) 快速响应特性好快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统跟踪精度。
机床进给伺服系统实际上就是一种高精度的位置随动系统，加工时为保证所要求的轮廓外形精度和的表面粗糙度，要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快，跟随误差小。
(3) 调速范围要大调速范围：生产机械要求电机能供应的最高转速和最低转速之比。
在数控机床中，由于所用刀具、加工材料及零件加工要求的不同，为保证在各种状况下都能得到最佳切削条件，就要求伺服系统具有足够宽的调速范围。
既能满意高速加工要求，又能满意低速进给要求。
在低速切削时，还要求伺服系统能输出较大的转矩。
(4) 系统牢靠性要好系统的牢靠性常用发生故障时间间隔的长短的平均值作为依据，即平均无故障时间，这个时间越长牢靠性越好。
对主轴伺服系统，除上述要求外，还应满意如下要求：（1）主轴与进给驱动的同步掌握为使数控机床具有螺纹和螺旋槽加工的力量，要求主轴驱动与进给驱动实现同步掌握。
（2）准停掌握在加工中心上，为了实现自动换刀，要求主轴能进行高精确位置的停止。
（3）角度分度掌握角度分度掌握有两种类型：一是固定的等分角度掌握；二是连续的任意角度掌握。
任意角度掌握是带有角位移反馈的位置伺服系统，这种主轴坐标具有进给坐标的功能，称为“C”轴掌握。
“C”轴掌握可以用一般主轴掌握与“C”掌握切换的方法实现，也可以用大功率的进给伺服系统代替主轴系统。
数控机床对伺服系统的基本要求
数控机床对伺服系统的基本要求
1．精度高伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。
包括定位精度和轮廓加工精度。
2．稳定性好稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调整过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。
直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。
3．快速响应快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。
4．调速范围宽调速范围是指生产机械要求电机能供应的最高转速和最低转速之比，对于一般的数控机床而言，要求在辨别率为1μm 的状况下，进给伺服系统在0～24m / min进给速度范围内都能工作。
5．低速大转矩进给坐标的伺服掌握属于恒转矩掌握，在整个速度范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服掌握在低速时为恒转矩掌握，能供应较大转矩。
在高速时为恒功率掌握，具有足够大的输出功率。
对伺服电机的要求：
（1）调运范围宽且有良好的稳定性，低速时的速度平稳性；（2）电机应具有大的、较长时间的过载力量，以满意低速大转矩的要求；
（3）反应速度快，电机必需具有较小的转动惯量、较大的转矩、尽可能小的机电时间常数和很大的加速度(400rad / s2以上)；
（4）能承受频繁的起动、制动和正反转。
数控机床进给伺服系统的组成和分类
机床加工，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。
二、进给伺服系统的组成如图所示为数控机床进给伺服系统的组成。
从图中可以看出，它是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。
位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的位置信号，这个反馈是一个负反馈，即与指令信号的相位相反。
指令信号是向位置环送去加数，而反馈信号向位置环送去减数。
位置检测装置通常有光电编码器、旋转变压器、光栅尺、感应同步器或磁栅尺等。
它们或者直接对位移进行检测，或者间接对位移进行检测。
开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统，无位置反馈环节。
如图所示，这种系统的伺服驱动装置主要是步进电动机、功率步进电动机、电液脉冲电动机等。
由数控系统发出的指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电动机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。
闭环伺服系统闭环伺服系统原理图如图所示。
系统所用的伺服驱动装置主要是直流或交流伺服电动机以及电液伺服阀—液压马达。
与开环进给系统最主要的区别是：安装在执行部件上的位置检测装置，测量执行部件的实际位移量并转换成电脉冲，反馈到输入端并与输人位置指令信号进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。
由于采用了位置检测反馈装置，所以闭环伺服系统的位移精度主要取决于检测装置的精度。
闭环伺服系统的定位精度一般可达±0.01mm～±0.005 mm。
半闭环伺服系统半闭环伺服系统如图所示。
将检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件位置的系统称为半闭环系统。
闭坏系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环系统只能补偿系统环路内部分元件的误差，因此，半闭环系统的精度比闭环系统的精度要低一些，但是它的结构与凋试都比较简单。
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。
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给系统），故系统稳定性好。
刀具
无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主 要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。 这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修 简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱 动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数 控机床。
3、最后确定Y轴。可按右手定则定出Y轴正方向。
Z坐标 方位 标准规定：Z坐标∥主轴轴线的进给轴。 若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面
的方向为Z坐标。 若主轴能摆动： 在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标
便是Z坐标； 若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向
③增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴正方向。
各坐标轴及其正方向的确定原则
1、先确定Z轴。以平行于机床主轴的刀具运动坐标 为Z轴，若没有主轴，则规定垂直于工件装夹表面的 坐标轴为Z轴。Z轴正方向是使刀具远离工件的方向。
2、再确定X轴。X轴为水平方向且垂直于Z轴并平行 于工件的装夹面。正方向也是使刀具远离工件的方向
总则：
数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡儿 坐标系。X、Y、Z直线进给坐标系按右手定则 规定，而围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标 轴A、B、C则按右手螺旋定则判定。
机床坐标系判定原则
基本坐标轴X、Y、Z的关系及其正方向用右手 直角定则判定，拇指为X轴，食指为Y轴，中指为 Z轴，围绕X、Y、Z各轴的回转运动及其正方向 +A、+B、+C分别用右手螺旋定则判定，拇指 为X、Y、Z的正向，四指弯曲的方向为对应的A、 B、C的正向。
进给伺服系统
数控机床主体
机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。 组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以
及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及 特殊装置（刀具自动交换系统 工件自动交换系统）和 辅助装置（如排屑装置等）。
3.数控机床的坐标系
X、Y、Z的正方向 是使工件尺寸增加的方 向，即增大工件和刀具 间距离的方向。通常以 平行于主轴的坐标为Z 轴，X轴平行于工件的 主要装夹面且与Z轴垂 直，Y轴按右手笛卡尔 坐标系确
半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高， 因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。
（3）全闭环数控系统
全闭环数控系统的位置采样点如图所示，直接对运动部
件的实际位置进行检测。
主轴
刀具
从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误 差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、 刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的 不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当 困难。 该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车 床、超精磨床以及较大型的数控机床等。
由于数控机床各坐标轴既可以是刀具相对于工件运动，也可以 是反之，所以ISO标准和我国的JB3052—1982部颁标准都规定： ①不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，或是工件运动、 刀具静止，在确定坐标系时，一律看作是刀具相对静止的工件运 动。
②机床的直线坐标轴X、Y、Z的判定顺序是：先Z轴，再X轴，最 后按右手定则判定Y轴。
定。三个回转运动A、B、C分别表示回转轴线 平行于X、Y、Z的旋转或摆动运动。其正方向 分别用右手螺旋法则判定。
数控加工是基于数字的加工，刀具与工件的相对位置必须在相 应坐标系下才能确定。数控机床的坐标系统，包括坐标系、坐标 原点和运动方向，对于数控工艺制定、编程及操作，是一个十分 重要的概念。
统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并 使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给维修和使用带来 极大的方便。ISO和我国都拟定了命名的标准。
（2）半闭环控制数控机床
半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置
(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不
是直接检测运动部件的实际位置。
主轴
刀具
半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节， 因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不 如开环系统，但比闭环要好。
由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难 以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可 对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。
Y坐标
利用已确定的X.Z坐标的正方向，用右手定则或右 手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。
右手定则：大姆指指向+X，中指指向+Z，则+Y 方向为食指指向。
右手螺旋法则：在Βιβλιοθήκη Z平面，从Z至X，姆指所指 的方向为+y。
数控车床
数控铣床
卧式车床
立式铣床
卧式铣床
为Z坐标。 Z坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。
X坐标 标准规定： 在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。 Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指 向右边。 Z轴垂直（立式）： 单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边； 双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，X轴的正方向指向 右边。 在工件旋转的机床上（车床、磨床等），X轴的运动方向是工件的 径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的 正方向。
数控机床进给伺服系统
按数控系统的进给伺服系统有无位置测量装置可分为开环 数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测 量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。
（1）开环控制数控机床 （2）半闭环控制数控机床 （3）闭环控制数控机床
（1）开环控制数控机床 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进