摘要
本设计是把普通数控车床改造成经济型数控车床。经济型数控车床就是指价格低廉、操作使用方便、比较适合我国国情的，动化的机床。采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。在设计的时候具体进行了详细的各部件的选型和计算。比如：导轨的设计选型、滚珠丝杠螺母副的选型与计算。还进行了进给传动系统的刚度计算、进给传动系统的误差分析、驱动电机的选型计算、驱动电机与滚珠丝杠的联接、驱动电机与进给传动系统的动态特性分析等。
【关键词】车床、数控、传动系统
Abstract
This project is to alter the common lathe into the economical lathe. The economical lathe is a advanced and roboticized lathe that has low price, convenient operation, and adapt to the situation of our country and has installed cnc system. During the project we particularly dealt with the choice and calculation of every assembly. Such as:The choice and calculation of guideway, ballscrew nut pair and drive electromotor. Caculate the inflexibility of feed transmission system. Analyse the error of feed transmission system. Junction between drive electromotor and ballscrew. Dynamic analysis of drive electromotor and feed transmission system .
【Key words】Lathe；CNC；Transmission System
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
前言 (4)
1数控车床设计概述 (5)
1.1电动机的选择 (6)
1.2电动机类型和结构型式的选择 (7)
2进给伺服系统概述 (8)
3横向进给系统的设计计算 (10)
3.1设计参数 (10)
3.2切削力及其切削分力计算 (10)
3.3轨摩擦力的计算 (10)
3.4算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (11)
3.5定进给传动链的传动比i和传动级数 (11)
3.6珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (11)
3.7珠丝杠螺母副承载能力校核 (13)
3.8计算器械传动的刚度 (14)
3.9驱动电机的选型与计算 (15)
3.10械传动系统的动态分析 (18)
3.11机械传动系统的误差计算与分析 (18)
3.12确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (19)
4进给系统的结构设计 (20)
4.1滚珠丝杠螺母副的设计 (20)
4.2齿轮传动副的设计 (21)
4.3齿轮箱的设计 (22)
4.4床身及导轨 (22)
4.5中间轴的设计 (25)
4.6轴承端盖的设计 (25)
总结与体会 (26)
致谢词 (27)
【参考文献】 (28)
前言
我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3％。近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。机床的数控化率仅为6％。这些机床中,役龄10年以上的占60％以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20％，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60％以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品国内、外市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。
而相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性：
●可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。
●可以实现加工的柔性自动化，从而效率比传统机床提高3～7
倍。
●加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要
“修配”。
●可实现多任务序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。
●拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，可实
现长时间无人看管加工。
因此，采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。此外，机床数控化还是推行FMC （柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
本次设计的内容是机床总体方案设计及总体布局图绘制、纵向及横向伺服进给机构的理论计算、结构设计及绘制装配图、典型零件绘制、数控系统（硬件连接图）设计、典型零件的数控车削加工程序编制及外文数据文献翻译，并撰写毕业设计论文。
设计的目的是培养综合运用基础知识和专业知识，解决工程实际问题的能力，提高综合素质和创新能力，受到本专业工程技术和科学研究工作的基本训练，使工程绘图、数据处理、外文文献阅读、程序
编制、使用手册等基本技能得到训练和提高，培养正确的设计思想、严肃认真的科学态度，加强团队合作精神。
在设计中，先通过参观及查阅等了解有关系统的工作原理，作用及结构特点。选择合适的算法，根据计算结果查阅手册，得出相关的结构或零件。
1数控车床设计概述
用数控机床加工零件时，首先应将加工零件的几何信息和工艺信息变成加工程序，由输入部分送入数控装置，经过数控装置的处理、运算，按各坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，经过转换、放大进行伺服电动机的驱动，带动各轴运动，并进行回馈控制，使刀具和工件及其它辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有条件不紊乱地作，从而加工出零件的全部轮廓。
数控机床具有很好的柔性，当加工对象变换时，只需重新编制加工程序即可，原来的程序可存储备用，不必像组合机床那样需要针对新加工零件重新设计机床，致使生产准备时间过长。
经济型数控车床，对于保证和提高被加工零件的精度，主要依靠两方面来实现：一是系统的控制精度；二是机床本身的机械传动精度。数控车床的进给传动系统，由于必须对进给位移的位置和速度同时实现自动控制。所以，数控车床与普通卧式车床相比应具有有更好的精度．以确保机械传动系统的传动精度和工作平稳性。数控改造对机械传动系统的要求为：
（1)尽量采用低摩擦的传动副。如滚动导轨和滚珠丝杠螺母副，以减小摩擦力。
（2)选用最佳的降速比，为达到数控机床所要求的脉冲当量，使运动位移尽可能加速达到跟踪指今。
（3)尽量缩短传动链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度。
（4)尽量消除传动间隙，以减小反向行程误差。如采用消除间隙的联轴节和消除传动齿轮间隙的机构等。
（5)尽景满足低振动和高可靠性方面的要求。为此应选择间隙小、传动精度高高、运动平稳、效率高以及传递扭矩大的传动组件。
从应用的方面考虑，结合目前国内大多数的情况，可采用更换滚珠丝杠来代替原机床上的T型丝杠。也可对原车床上T型丝杠加以修复，但此时必须相应修配与与此相配合的螺母，尽量减小其间隙，提
高配合精度。
—般说来．如原车床的工作性能良好．精度尚未降低，则应尽量保留机床的传动系统。使改造后的数控车床同时具有微机控制和原机床操作的双重功能。如原车床使用时间较长．运动部件磨损严重．除了对导轨精度进行修复外．还应将传动部件拆除或更换，以确保改造后车床的传动精度。
数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床组成机床本体的各机械部件组成，如图1.1：
图1.1数控机床的组成
1.1电动机的选择
(1)根据机械的负载特性和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型。
(2)根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、超载能力额启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。所选电动机功率应留有余量，负荷率一般取0.8～0.9。
(3)根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护措施，选择电动机的结构型式。
(4)根据企业的电网电压标准和对功率因素的要求，确定电动机的电压等级和类型。
(5)根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。
此外，还要考虑节能、可靠性、供货情况、价格、维护等等因素。
测量装置
1.2电动机类型和结构型式的选择
由于不同的机床要求不同的主轴输出性能(旋转速度，输出功率，动态刚度，振动抑制等)，因此，主轴选用标准与实际使用需要是紧密相关的。总的来说，选择主轴驱动系统将在价格与性能之间找出一种理想的折衷。表1.1简要给出了用户所期望的主轴驱动系统的性能。下面将对各种交流主轴系统进行对比、分析。
表1.1 理想主轴驱动系统性能
感应电机交流主轴驱动系统是当前商用主轴驱动系统的主流，其功率范围从零点几个kW到上百kW，广泛地应用于各种数控机床上。
2进给伺服系统概述
数控机床伺服系统的一般结构如图2.1所示：
图2.1 数控机床进给伺服系统
由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。
伺服系统对伺服电机的要求：
（1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。
（2）电机应具有大的较长时间的超载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内超载4-6倍而不损坏。
（3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s 以内从静止启动到额定转速。
（4）电机应能随频繁启动、制动和反转。
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开始采用高速、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回馈全部数字化、软件处理数字PID，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，使控制精度和质量大大提高。
数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。
数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动组件、机械传动部件、执行件和检测回馈环节等组成。驱动控制单元和驱动组件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行组件组成机械传动系统。检测组件与回馈电路组成检测系统。
进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和死循环系统。死循环控制方式通常是具有位置回馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，死循环系统又分为半死循环系统和全死循环系统。半死循环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全死循环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。
开环系统的定位精度比死循环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。
全死循环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全死循环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。死循环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。
数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。
直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。
交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应
用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。
3横向进给系统的设计计算
3.1设计参数
设计参数如下：
纵向：工作台重量：W=800N
行程：S=650mm
脉冲当量：p δ=0.006mm/P
最大进给速度：max V =2m/min
横向：工作台重量：W=300N
行程：S=200mm
脉冲当量：p δ=0.004mm/P
最大进给速度：max V =1m/min
3.2切削力及其切削分力计算
已知机床主电动机的额定功率m P 为7.5kw ，最大工件直径
D=400mm ，主轴计算转速n=85r/m 。在此转速下，主轴具有最大扭矩和功率，道具的切削速度为
33.144001085 1.78/6060Dn
v m s π-???=== 取机床的机械效率0.8η=，则有 3103370.79m
z P F N N v η=?=
走刀方向的切削分力x F 和垂直走刀方向的切削分力y F 为
0.250.253370.79842.7x z F F N N ==?=
0.40.43370.791348.32y z F F N N ==?=
3.3轨摩擦力的计算
导轨受到垂向切削分力3370.79v z F F N ==，纵向切削分力
c y F F ==1348.32N ，移动部件的全部质量（包括机床夹具和工件的质量）m=30.61kg(所受重力W=300N)，查表得镶条紧固力2000g f N =，取导轨动摩擦系数0.15μ=，则
()g v c F W f F F μμ=+++
0.15(30020003370.791348.32)=?+++
1052.87N =
计算在不切削状态下的导轨摩擦力0F μ和0F
0()0.15(3002000)345g F W f N μμ=+=?+=
00()0.2(3002000)460g F W f N μ=+=?+=
3.4算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力
计算最大轴向负载力max a F
max (1348.321052.87)2401.19a y F F F N N μ=+=+=
计算最小轴向负载力min a F
min 0345a F F N μ==
3.5定进给传动链的传动比i 和传动级数
取步进电动机的步距角 1.5α=?，滚珠丝杠的基本导程06L mm =，进给传动链的脉冲当量0.004/p mm P δ=，则有
0 1.56 6.253603600.004
p L i αδ?===? 按最小惯量条件，查得应该采用2级传动，传动比可以分别取13i =、2 2.1i =。根据结构需要，确定各传动齿轮的齿数分别为120z =、260z =、320z =、442z =，模数m=2，齿宽b=20mm 。
3.6珠丝杠的动载荷计算与直径估算
（1）按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的额定动载荷
已知数控机床的预期工作时间15000h L h =，滚珠丝杠的当量载荷m F =max a F
2370.34N =，
查表得载荷系数 1.3w f =；初步选择滚珠丝杠的精度等级为3级精度，取精度系数1a f =；查表得可靠性系数1c f =。取滚珠丝杠的
当量转速max m n n =，已知max 1/min v m =，滚珠丝杠的基本导程06L mm =，则 max max 0100010001166.67/6
v n r m L ?===
am C =
2370.34 1.316585.810011
N N ?==?? （2）根据定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。 已知本车床横向进给系统的定位精度为40 m μ,重复定位精度为16 m μ，则有 max111(
)16 5.33832m m δμμ=?= max 211()4081054
m m δμμ=?= 取上述计算结果的较小值，即max 5.33m δμ=。
（3）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径2m d
滚珠丝杠螺母的安装方式拟采用一端固定、一端游动支承方式，滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离为
L=行程+安全行程+2×余程+螺母长度+支承
≈（1.2～1.4）行程+（25～
30）0L
取
L=(1.4×200+30×6)mm=460mm
20.07815.54m d mm ≥== （4）初步确定滚珠丝杠螺母副的型号
根据以上计算所得的0L 、am C 、2m d 和结构的需要，初步选择南京
工艺装备公司生产的FF 型内循环螺母，型号为FF3206-5，其公称直径0d 、基本导程0L 、额定动载荷a C 和螺纹底径2d 如下：
032d mm = 06L mm =
2020016585.80a am C N C N =>=
2227.915.54m d mm d mm =>=
3.7珠丝杠螺母副承载能力校核
已知滚珠丝杠螺母副的螺纹底径227.9d mm =，已知滚珠丝杠螺母副的最大受压长度1300L mm =，丝杠水平安装时，取11/3K =，查表得22K =，则有 44
55212221127.910210448831.213300
c d F K K N N L =?=???= 本车床横向进给系统滚珠丝杠螺母副的最大轴向压缩载荷为2401.19amax F N =，远小于其临界压缩载荷c F 的值，故满足要求。
滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度2300L mm =，其弹性模量52.110E =? MPa ，密度5317.810/N mm g ρ-=??，重力加速度329.810/g mm s =? 滚珠丝杠的最小惯性矩为 4442 3.1427.929728.056464
I d mm π
==?= 滚珠丝杠的最小截面积为 2222 3.1427.9611.0544A d mm π==?= 取10.8K =，查表得 3.927λ=，则有
c n K =
0.8= 4692249/min r =
本横向进给传动链的滚珠丝杠螺母副的最高转速为166.67r/m ，远小于其临界转速，故满足要求。
滚珠丝杠螺母副额定寿命的校核,滚珠丝杠的额定动载荷20200a C N =，已知其轴向载荷max 2401.19a a F F N ==，滚珠丝杠的转速max 166.67/min n n r ==，运转条件系数 1.2w f =，则有 363620200()10()102401.19 1.2
a a w C L r F f =?=?? 6344.53310r =?
6
344.53310344536060166.67
h L L h h n ?===? 本车床数控化改造后，滚珠丝杠螺母副的总工作寿命3445315000h L h h =≥，故满足要求。
3.8计算器械传动的刚度
已知滚珠丝杠的弹性模量52.110E MPa =?，滚珠丝杠的底径227.9d mm =。当滚珠丝杠的螺母中心至固定端支承中心的距离300Y a L mm ==时，滚珠丝杠螺母副具有最小拉压刚度min s K 22532min 3.1427.9 2.11010427.73/44300s Y d E
K N m L πμ-???=?==? 当100J a L mm ==时，滚珠丝杠螺母副具有最大拉压刚度max s K 22532max 3.1427.9 2.110101283.21/44100s J d E
K N m L πμ-???=?==? 已知滚动体直径 6.75Q d =mm ，滚动体个数Z=15.轴承接触角60β=?。轴承最大轴向工作载荷max max 2401.19B a F F N ==。则滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度b K 为：
2 2.34b K =?
2 2.34=? 654.49/N m μ=
查表得滚珠与滚道的接触刚度683/K N m μ=，滚珠丝杠的额定动载a C =
20200N 。已知滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷max 2401.19a F N =则 11max 332401.19()683()/723.51/0.10.120200
a c a F K K N m N m C μμ==?=? 进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为 max max 11111110.0036891283.21654.49723.51
s b c K K K K =++=++= 故max 723.51/K N m μ=。
进给传动系统的综合拉压刚度最小值为
min min 11111110.005248427.73654.49723.51
s b c K K K K =++=++= 故min 191/K N m μ=
已知扭矩作用点之间的距离2355L mm =，滚珠丝杠的剪切模量
8.1G =
410MPa ?，滚珠丝杠的底径227.9d mm =，则有 441246232 3.1427.9108.11010323235510d G
K L φπ--?????==?? 13566.04/N m rad =?
3.9驱动电机的选型与计算
（1）计算滚珠丝杠的转动惯量
已知滚珠丝杠的密度337.810/kg cm ρ-=?，则有
34
210.7810 1.38n
r j j j J D L kg cm -==?=?∑
（2）计算折算到丝杠轴上的移动部件的转动惯量
已知横向进给系统执行部件的总质量为m=30.61kg;丝杠轴每转
一圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=0.6cm 则
2220.6()30.61()0.2822 3.14
L L J m kg cm π==?=?? （3）计算各齿轮的转动惯量
3422130.7810420.4z z J J kg cm kg cm -==????=?
342220.781012232.3z J kg cm kg cm -=????=? 34224420.7810()27.85
z J kg cm kg cm -=????=? （4）计算加在电动机轴上总负载转动惯量d J
123422
111()()d z z z z r L J J J J J J J i i =+++++ 2110.4(32.30.4)(7.8 1.380.28)9 6.25=+++
++ 24.275kg cm =?
（5）计算折算到电动机轴上的切削负载力矩c T
已知在切削状态下的轴向负载力max 2401.19a a F F N ==，丝杠每转一圈，机床执行部件轴向移动的距离L=6mm=0.006m ，进给传动系统的传动比i=6.25总效率η=0.85，则有 2401.190.0060.4322 3.140.85 6.25
a c F L T N m N m i πη?==?=???? （6）计算折算到电动机上的摩擦负载力矩T μ
已知在不切削状态下的轴向负载力矩0345F N μ=，则有 03450.0060.06222 3.140.85 6.25
F L
T N m i μμπη?===???? （7）计算由滚珠丝杠预紧力p F 产生的并折算到电动机轴上的附
加负载力矩f T
已知滚珠丝杠螺母副的效率00.98η=，滚珠丝杠螺母副的预紧力p F 为 max 1800.43p a F F N == 0
220800.40.006(1)(10.98)0.005722 3.140.85 6.25
p f F L T N m i ηπη?=-=-=???? 折算到电动机轴上的负载力矩T 的计算。
空载时（快进力矩），为
(0.0620.0057)0.068KJ f T T T N m N m μ=+=+?=?
切削时（工进力矩），为
(0.430.0057)0.436GJ c f T T T N m N m =+=+?=?
根据以上计算结果和查表初选130BF001型反应式步进电动机，其转动惯量24.6m J kg cm =?；而进给传动系统的负载惯量
22.8d J kg cm =?；对于开环系统，一般取加速时间0.05a t s =。当机床以最快进给速度1000/min v mm =运动时电动机的最高转速为：
max 1000 6.25/min 1041.67/min 6n r r =
?= max 2()60980ap m d a
in T J J t π=+?
2 3.141041.67 6.25(4.6 2.8)609800.05
???=?+?? 102.910.08kgf cm N m =?=?
（8）计算横向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩
计算空载启动力矩q T
()(10.080.0620.0057)10.15q ap f T T T T N m N m μ=++=++?=? 计算快进力矩KJ T
(0.0620.0057)0.068KJ f T T T N m N m μ=+=+?=?
计算工进力矩GJ T
(0.430.0057)0.44GJ c f T T T N m N m =+=+?=?
（9）选择驱动电动机的型号
根据以上计算和查表选择国产150BF002型电动机，其主要参数如下：相数，5；步距角，0.75/1.5??；最大静转矩，13.72N m ?；转动惯量，29.8kg cm ?；最高空载启动频率，2800Hz ；运行频率，8000Hz ；分配方式，五相十拍。
确定最大静转矩s T ：
机械传动系统空载启动力矩q T 与所需的步进电动机的最大静转
矩1s T 的关系为： 10.951q
s T T = 110.1510.670.9510.951q s T T N m N m =
=?=? 机械传动系统空载启动力矩q T 与所需的步进电动机的最大静转
矩2s T 的关系为： 20.44 1.470.30.3
GJ s T T N m N m ==?=? 取1s T 和2s T 中的较大者为所需的步进电动机的最大静转矩
s T =10.67N m ?。本电动机的最大静转矩为13.72N m ?，大于s T ，可以在
规定的时间内正常启动，故满足要求。
验算惯量匹配，为了使机械传动的惯量达到较合理的匹配，系统的负载惯量L J 与伺服电动机的转动惯量m J 之比一般应满足下式：
0.251d m J J ≤
≤ 因为 4.7250.436[0.25,1]9.8
d m J J ==∈，故满足惯量匹配要求。 3.10械传动系统的动态分析
滚珠丝杠螺母副的综合拉压刚度60min 19110/K K N m ==?，机床执行部件的质量和滚珠丝杠螺母副的质量分别为m 、s m ，滚珠丝杠螺母
副和机床执行部件的等效质量为1/3d s m m m =+，已知m=30.61kg ，则： 233.2647.810 4.014s m kg π
-=????= 11(30.61 4.01)31.9533
d s m m m kg kg =+=+?=
/2445/nc s rad s ω=== 折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为
222(9.8 4.275) 6.25880.0088s i J J kg cm kg cm kg m ==+??=?=?
已知滚珠丝杠的扭转刚度13566.04/s K K N m rad φ==?，则
1241.6/nt rad s ω=== 由以上计算可知，丝杠—工作台纵向振动系统的最低固有频率nc ω、扭转振动系统的最低固有频率nt ω都比较高。一般按300/n rad s ω=的要求来设计机械传动系统的刚度，故满足要求。
3.11机械传动系统的误差计算与分析
（1）计算器械传动系统的反向死区?
已知进给传动系统的综合拉压刚度的最小值6min 19110/K N mm =?，导轨的静摩擦力为0460F N =，则
33306min 2246021010 4.821019110
F mm mm K μδ-??==?=?=??
即 4.828m m μμ?=<，故满足要求。
（2）计算器械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差max k δ 3max 0min max
11()10k F K K δ=-? 336611460()100.71101911027110
mm -=?-?=??? 即max 0.716k m m δμμ=<，故满足要求。
（3）计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差
已知负载力矩68KJ T T N mm ==?，扭矩作用点之间的距离2355L mm =，丝杠底径227.9d mm =，则有 222442683557.21107.21100.002927.9
TL d θ--?=?=?=? 由该扭转变形θ引起的轴向移动滞后量δ将影响工作台的定位精度，有 00.002960.05360360
L mm m θδμ==?≈ 3.12确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号
确定滚珠丝杠螺母副的精度等级，本进给传动系统采用开环控制系统，应满足如下要求：
300max 0.8()0.8(400.710.05)31.39p p k V e m m δδμμ+≤?--=?--=定位精度
max 0.8()31.39p up k e V m m δδμμ+≤?-=定位精度-
取滚珠丝杠螺母副的精度等级为3级，查表得30012p V m μ=，当螺
纹长度约为350mm 时，13p e m μ=，
12up V m μ=；3002531.39p p V e m m μμ+=≤；2531.39p up e V m m μμ+=≤
故满足设计要求。
纵向进给系统的设计方法与横向进给系统类似，不在此赘述了。
4进给系统的结构设计
4.1滚珠丝杠螺母副的设计
滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动
装置，在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当他们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠的回路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠，当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母轴向移动。
滚珠丝杠螺母副具有以下特点：
（1）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠螺母副的传动效率为0.92-0.96，比普通丝杠高3-4倍。因此，功率消耗只相当于普通丝杠的1/4-/3.
（2）若给于适当预紧，可以消除丝杠和螺母之间的螺纹间隙，反向时还可以消除空载死区，从而使丝杠的定位精度高，刚度好。
（3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
（4）具有可逆性，既可以从螺旋运动转换成直线运动，也可以从直线运动转换成旋转运动。也就是说，丝杠和螺母可以作为主动件。
（5）磨损小，使用寿命长。
（6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等组件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。
（7）不能自锁。特别是垂直安装的丝杠，由于其自重和惯性力的不同，下降时当传动切断后，不能立即停止运动，故还需要增加制动装置。
本次设计采用的是内循环的丝杠螺母副，精度为3级，两端采用了小圆螺母为轴向定位丝杠螺母副采用的预紧方式为单螺母消除间隙方法。它是在滚珠螺母体内的两列循环滚珠链之间，使内螺纹滚道在轴向产生一个0L 的导程突变量，从而使两列滚珠在轴向错位而实
现预紧。这种调隙方法结构简单，但载荷量须预先设定而且不能改变。
滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对丝杠的轴向精度和轴向刚度应有较高要求，其两端支承的配置情况有：一端轴向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短丝杠和垂直进给丝杠；一端固定一端浮动的方式，常用于较长的卧式安
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。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。位置、速度和电流构成的三环结构 如图所示。
数控机创进给系统 数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作。 伺服进给系统的作用是根据数控系统传来的指令信息，进行放大以后控制执行部件的运动，不仅控制进给运动的速度，同时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置和轨迹。因此，数控机床进给系统，尤其是轮廓控制系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两方面同时实现自动控制。 数控机床进给系统的设计要求除了具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。 一个典型的数控机床闭环控制的进给系统组成：位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部分。 机械传动装置：是指将驱动源旋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、丝杠螺母副等中间传动机构。 第一节概述 一、数控机床对进给传动系统的要求 1．减少摩擦阻力：在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副，滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。 2．减少运动惯量 3．高的传动精度与定位精度设计中，通过在进给传动链中加入减速齿轮，以减小脉冲当量(即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离)，预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，可达到提高传动精度和定位精度的目的。 4．宽的进给调速范围：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，以适应各工件材料、尺寸和刀具等变化的需要，工作进给速度范围可达3～6000mm／min(调速范围1：2000)。 5．响应速度要快：所谓快响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象 6．无间隙传动：进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，它存在于整个传动链的各传动副中，直接影响数控机床的加工精度。因此，应尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。 7．稳定性好、寿命长：稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，即各传动部件保持其原来制造精度的能力。 8．使用维护方便 二、联轴器 联轴器是用来连接进给机构的两根轴使之一起回转，以传递转矩和运动的一种装置。机器运转时，被连接的两轴不能分离，只有停车后，将联轴器拆开，两轴才能脱开。 联轴器的类型：有液压式、电磁式和机械式；而机械式联轴器是应用最广泛的一种，它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递转矩，
数控机床进给系统设计
第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min 或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 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开始采用高速、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、软件处理数字PID，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。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反
馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。 全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。 直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。 交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。 1.3、主要设计任务参数 车床控制精度：0.01mm（即为脉冲当量）；最大进给速度：V max=5m/min。最大加工直径为D =400mm，工作台及刀架重：110㎏；最大轴，向力=160㎏；导轨静摩擦系数=0.2； max 行程=1280mm；步进电机：110BF003；步距角：0.75°；电机转动惯量：J=1.8×10-2㎏.m2。
第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 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开始采用高速、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、软件处理数字PID，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。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。
数控铣床的进给传动系统 摘要： 在国际贸易中，很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润主要电机出口产品。世界贸易强国在进行国内机电产品贸易的同时，把高技术的机电产品出口打入国际市场，作为发展出口经济的重要战略措施，数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控铣床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置。 关键词：数控铣床发展趋势智能化柔性化 英文： In international trade,many centuries view digital lathesare as hi-techvalue-adds and profitable exports.Digital lathesare expensive mechanical and electrical products.The powerful trade nations export hi-texh mechanical snd electrical products to the world market whiledoing such business at home ,Which is now an important strategy of develop-ing their export economy Key words digital lathe ; development tendency; intelligence; tenderness 1.引言： 科学技术的发展以及世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技术的应用，对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提出了更高的性能指标；FMS的迅速发展和CIMS的不断成熟，又将对数控机的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制等技术提出更高的要求。随着微电子和计算机技术的发展，数控系统的性能日益完盖，数控技术的应用颔域日益扩大。 数控铣床是在数控加工中心领域中最具代表性的一种典型机床，在数控机床中所占的比率最大，数控加工中心、柔性制造单元等都是数控铣床基础上派生或发展起来的。它具有功能性强、加工范围广、工艺较复杂等点，主要用于各种复习的平面、轮廓、曲面等零件的铣削加工，同时还可以进行钻、扩、镗、攻螺纹等加工，在航空航天、汽车制造、机械加工和模具制造业中应用非常广泛。 2.数控铣床的组成 数控铣床一般由数控系统、机床基础部件、主轴箱、进给伺服系统及辅助装置等几大部分组成。 （1）数控系统 数控系统是机床运动控制的中心，通常数控铣床都配有高性能、高精度、集
编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理(正式) Standardize The Management Mechanism To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-3914-67 数控机床进给伺服系统类故障诊断 与处理(正式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对管理机制、管理原则、管理方法以及管理机构进行设置固定的规范，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 数控机床在工作时常出现由于进给伺服系统原因造成的机床故障，此类故障出现的常见形式有爬行、抖动、伺服电动机不转、过载、工件尺寸无规律偏差等。针对这些典型故障，采用一定的机床维修技术，可以实现快速排除此类故障。 数控机床的进给伺服系统是以数控机床的各坐标为控制对象，以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、进给伺服机构或进给伺服单元。在数控机床中，进给伺服系统是数控装置和机床本体的联系环节，它接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放大后，由电动机经机械传动机构驱动机床的工作台或溜板沿某一坐标轴运动，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机
1、数控机床进给系统概述 1.1 伺服进给系统概述 数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机，功率步进电机，电业脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴刀架等执行部件实现工作进给和快速移动。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质的差别，他能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定运动规律所合成的运动轨迹。 1.2 伺服进给系统分类 数控私服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类，有以下三种： (1)开环伺服系统 (2)半闭环伺服系统 (3)闭环伺服系统 1.3 伺服进给系统的基本要求 (1)精度要求 (2)响应速度 (3)调速范围 (4)低速、大转矩 2、运动设计 2.1传动方案拟定 数控机床按控制方式分为开环、闭环、半闭环，由于采用直流式交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的数控设备中，由于数控车床加工精度不十分高，采用闭环系统的必要性不大。若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制，精度较闭环控制的查，但是稳定性好，成本较低，调试维修较容易；但是对于经济型数控机床来说必要性不大。故在本次设计中，采用开环控制步进电机驱动。 确定设计任务后，初步拟定三种传动方案即1电机直接与丝杠相连；2电机通过同步带的传动带动丝杠转动；3电机通过齿轮传动带动丝杠转动。
数控机床进给模块之机械部件装配一．进给传动系统图 纵向和横向进给传动系统图 二．系统图的主要构造和功用 电动机： 1. 步进电动机 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的驱动元件。步进电动机
是一种特殊的电动机，一般电动机通电后都是连续转动的，而步进电动机则有定位与运转两种状态。当有一个电脉冲输入时，步进电动机就回转一个固定的角度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电动机称为步进电动机。又由于它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电动机。当电脉冲连续不断地输入，步进电动机便跟随脉冲一步一步地转动，步进电动机的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时间上与输入脉冲同步。因此，只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组的通电顺序，便可获得所需转角、转速和方向。在无脉冲输入时，步进电动机的转子保持原有位置，处于定位状态。步进电动机的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角能够控制，而且有一定的精度，常用作开环进给伺服系统的驱动元件。与闭坏系统相比，它没有位置速度反馈回路，控制系统简单，成本大大降低，与机床配接容易，使用方便，因而在对精度、速度要求不十分高的中小型数控机床上得到了广泛地应用。 2. 直流伺服电动机 由于数控机床对进给伺服驱动装置的要求较高，而直流电动机具有良好的调速特性，因此在半闭坏、闭坏伺服控制系统中，得到较广泛地使用。直流进给伺服电动机就其工作原理来说，虽然与普通直流电动机相同。然而，由于机械加工的特殊要求，一般的直流电动机是不能满足需要的。首先，一般直流电动机转子的转动惯量过大，而其输出转矩则相对较小。这样，它的动态特性就比较差，尤其在低速运转条件下，这个缺点就更突出。在进给伺服机构中使用的是经过改进结构，提高其特性的大功率直流伺服电动机，主要有以下两种类型：（1）小惯量直流电动机。主要结构特点是其转子的转动惯量尽可能小，因此在结构上与普通电动机的最大不同是转子做成细长形且光滑无槽。以此表现为转子的转动惯量小，仅为普通直流电动机的1/10左右。因此，响应特别快，机电时间常数可以小于10 ms，与普通直流电动机相比，转矩与惯量之比要大出40~50倍。且调速范围大，运转平稳，适用于频繁起动与制动，要求有快速响应（如数控钻床、冲床等点定位）的场合。但由于其过载能力低，并且电动机的自身惯量比机床相应运动部件的惯量小，因此应用时都要经过一对中间齿轮副，才能与丝杠相连接，在某些场合也限制了它广泛地使用。 （2）大惯量直流电动机。又称宽调速直流电动机，是在小惯量电动机的基础上发展起来的。在结构上和常规的直流电动机相似，其工作原理相同。当电枢线圈通过直流电流时，就会在定子磁场的作用下，产生带动负载旋转的电转矩。小惯量电动机是从减小电动机转动转量来提高电动机的快速性，而大惯量电动机则是在维持一般直流电动机转动惯量的前提下，尽量提高转矩的方法来改善其动态特性。它既具有一般直流电动机便于调速、机械特性较好的优点，又具有小惯量直流电动机的快速响应性能。因此，可归纳为以下特点： 1）转子惯量大。这种电动机的转子具有较大的惯量，容易与机床匹配。可以和机床的进给丝杠直接连接，省掉了减速机构，故可使机床结构简单，即避免了齿轮等传动机构产生的噪声和振动，又提高了加工精度。 2）低速性能好。这种电动机低速时输出转矩大，能满足数控机床经常在低速进给时进给量大、转矩输出大的特点，如能在1 r/min甚至0.1 r/min下平稳运转。 3）过载能力强、动态响应好。由于大惯量直流电动机的转子有槽，热容量大，同时采用了冷却措施后，提高了散热能力。因此可以过载运行30分钟。另外，电动机的定子采用矫顽力很高的铁氧体永磁材料，可使电动机过载10倍而不会去磁，这就显著地提高了电动机的瞬间加速力矩，改善了动态响应，加减速特性好。 4）调速范围宽。这种电动机机械特性和调速特性的线性度好，所以调速范围宽而运转平稳。一般调速范围可达1∶10000以上。
进给传动系统简述数控机床进给传动装置的传动精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度，因此常采用各种不同于普通机床的进给机构，以提高传动刚性，减少摩擦阻力和运动惯量，避免伺服机构滞后和反向死区等。例如，采用线性导轨（滚动导轨）、塑料导轨或静压导轨代替普通滑动导轨；用滚珠丝杠螺母机构代替普通的滑动丝杠螺母机构，以及采用可消除间隙的齿轮传动副和键联接等。 1.作用数控机床的进给传动系统负责接受数控系统发出的脉冲指令，并经放大和转换后驱动机床运动执行件实现预期的运动。 2.对进给传动系统的要求为保证数控机床高的加工精度，要求其进给传动系统有高的传动精度、高的灵敏度（响应速度快）、工作稳定、有高的构件刚度及使用寿命、小的摩擦及运动惯量，并能清除传动间隙。 3.进给传动系统种类 a.步进伺服电机伺服进给系统一般用于经济型数控机床。 b.直流伺服电机伺服进给系统功率稳定，但因采用电刷，其磨损导致在使用中需进行更换。一般用于中档数控机床。c.交流伺服电机伺服进给系统 应用极为普遍，主要用于中高档数控机床。 d.直线电机伺服进给系统 无中间传动链，精度高，进给快，无长度限制；但散热差，防护要求特别高，主要用于高速机床。 二、进给传动机械部件（一）联轴器联轴器是用来连接寄给机构的两根轴使之一起回转移传递扭矩和运动的一种装置。目前联轴器的类型繁多，有液力式、电磁式和机械式。机械式联轴器的应用最为广泛。套筒联轴器构造简单，径向尺寸小，但装卸困难（轴需作轴向移动）。且要求两轴严格对中，不允许有径向或角度偏差，因此使用时受到一定限制。绕行联轴器采用锥形夹紧环传递载荷，可使动力传递没有方向间隙。凸缘式联轴器构造简单、成本的、可传递较大扭矩，常用于转速低、五种及、轴的刚性大及对中性好的场合。他的主要缺点是对两轴的对中性要求很高。若两轴间存在位移与倾斜，救在机件内引起附加载荷，使工作状况恶化。 （二）减速机构 1.齿轮传动装置 齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个。一是将高转速的转矩的伺服电机（如步进电机、直流和交流伺服电机等）的输出改变为低转速大转矩的执行件的输入；另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中专有较小的比重。此外，对于开环系统还可以保证所要求的运动精度。为了尽量减小齿侧间隙对数控机床加工精度的影响，经常在结构上采取措施，以减小或消除齿轮副的空程误差。如采用双片齿轮错齿法、利用偏心套调整齿轮副中心距或采用轴向垫片调整法消除齿轮侧隙。
数控机床系统总体设计方案的确定和设计内容 注：下面内容中所指：横向即为X轴方向,纵向即为Y轴方向 最大加工直径为400和500mm的设计方案确定计算内容和公式与320mm的一样，把各自的参数代入即可。 总体方案设计的内容 接到一个数控装置的设计任务以后，必须首先拟订总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分别对机械部分和电气部分进行设计计算。 机床数控系统总体方案的拟订包括以下内容：系统运动方式的确定，伺服系统的的选择，执行机构的结构及传动方式的确定，计算系统的选择等内容。 一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析，比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。 2.2 总体方案设计 2.2.1 设计任务 用微机数控技术改造最大加工直径为320毫米普通车床的进给系统 主要技术参数： 最大加工直径（mm）：在床身上：320 在床鞍上：175 最大加工长度（mm）： 750 溜板及刀架重量（N）：纵向：800 横向：400 刀架快移速度（m/min）：纵向：2 横向：1 最大进给速度（m/min）：纵向：0.8 横向：0.4 最小分辨率（mm） : 纵向：0.01 横向：0.005 定位精度（mm） : 0.02 主电机功率（KW）：3 起动加速时间（ms）：25 2.2.2 总体方案确定 （1）系统的运动方式与伺服系统的选择
由于改造后的经济型数控车床应具有定位，直线插补，顺。逆圆，暂停，循环加工，公英制罗纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环控制系统。 （2）数控系统 根据机床要求，采用8位微机。由于MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰性强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS-51系列的80C51单片机扩展系统。 控制系统由微机部分，键盘及显示器，I/O接口，步进电机驱动器等组成，系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用液晶显示模块显示加工数据及机床状态等信息。 （3）机械传动方式 为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为提高刚度和消除间隙。采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要消除齿侧间隙的结构。 综上所述，系统总体方案框图见下图。
数控机床进给传动系统 一．进给传动体系图 纵向和横向进给传动体系图 二．体系图的重要构造和功用 电念头： 1. 步进电念头 步进电念头是一种将电脉冲旌旗灯号转换成机械角位移的驱动元件。步进电
念头是一种特别的电念头，一般电念头通电后都是持续迁移转变的，而步进电念头则有定位与运转两种状况。当有一个电脉冲输入时，步进电念头就反转展转一个固定的角度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电念头称为步进电念头。又因为它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电念头。当电脉冲持续赓续地输入，步进电念头便跟随脉冲一步一步地迁移转变，步进电念头的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时光上与输入脉冲同步。是以，只需控制输入脉冲的数量、频率及电念头绕组的通电次序，便可获得所需转角、转速和偏向。在无脉冲输入时，步进电念头的转子保持原有地位，处于定位状况。步进电念头的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角可以或许控制，并且有必定的精度，常用作开环进给伺服体系的驱动元件。与闭坏体系比拟，它没有地位速度反馈回路，控制体系简单，成本大年夜大年夜降低，与机床配接轻易，应用便利，因而在对精度、速度请求不十分高的中小型数控机床上获得了广泛地应用。 2. 直流伺服电念头 因为数控机床对进给伺服驱动装配的请求较高，而直流电念头具有优胜的调速特点，是以在半闭坏、闭坏伺服控制体系中，获得较广泛地应用。直流进给伺服电念头就其工作道理来说，固然与通俗直流电念头雷同。然而，因为机械加工的特别请求，一般的直流电念头是不克不及知足须要的。起首，一般直流电念头转子的迁移转变惯量过大年夜，而其输出转矩则相对较小。如许，它的动态特点就比较差，尤其在低速运转前提下，这个缺点就更凸起。在进给伺服机构中应用的是经由改进构造，进步其特点的大年夜功率直流伺服电念头，重要有以下两种类型： （1）小惯量直流电念头。重要构造特点是其转子的迁移转变惯量尽可能小，是以在构造上与通俗电念头的最大年夜不合是转子做成细长形且滑腻无槽。以此表示为转子的迁移转变惯量小，仅为通俗直流电念头的1/10阁下。是以，响应特别快，机电时光常数可以小于10 ms，与通俗直流电念头比拟，转矩与惯量之比要大年夜出40~50倍。且调速范围大年夜，运转安稳，实用于频繁起动与制动，请求有快速响应（如数控钻床、冲床等点定位）的场合。但因为其过载才能低，并且电念头的自身惯量比机床响应活动部件的惯量小，是以应用时都要经由一对中心齿轮副，才能与丝杠相连接，在某些场合也限制了它广泛地应用。 （2）大年夜惯量直流电念头。又称宽调速直流电念头，是在小惯量电念头的基本上成长起来的。在构造上和惯例的直流电念头类似，其工作道理雷同。当电枢线圈经由过程直流电流时，就会在定子磁场的感化下，产生带动负载扭转的电转矩。小惯量电念头是从减小电念头迁移转变转量来进步电念头的快速性，而大年夜惯量电念头则是在保持一般直流电念头迁移转变惯量的前提下，尽量进步转矩的办法来改良其动态特点。它既具有一般直流电念头便于调速、机械特点较好的长处，又具有小惯量直流电念头的快速响应机能。是以，可归纳为以下特点： 1）转子惯量大年夜。这种电念头的转子具有较大年夜的惯量，轻易与机床匹配。可以和机床的进给丝杠直接连接，省掉落了减速机构，故可使机床构造简单，即避免了齿轮等传念头构产生的噪声和振动，又进步了加工精度。 2）低速机能好。这种电念头低速时输出转矩大年夜，能知够数控机床经常在低速进给时进给量大年夜、转矩输出大年夜的特点，如能在1 r/min甚至0.1 r/min下安稳运转。 3）过载才能强、动态响应好。因为大年夜惯量直流电念头的转子有槽，热容量大年夜，同时采取了冷却办法后，进步了散热才能。是以可以过载运行30分钟。别的，电念头的定子采取矫顽力很高的铁氧体永磁材料，可使电念头过载10倍而不会去磁，这就明显地进步了电念头的刹时加快力矩，改良了动态响应，加减速特点好。 4）调速范围宽。这种电念头机械特点和调速特点的线性度好，所以调速范
数控机床进给系统设 计 Revised on November 25, 2020
第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如 /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 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开始采用高速、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、软件处理数字PID，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。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、
数控机床横向进给伺服系统的设计目录 第一章绪论 1.1 毕业设计的目的 1．2 毕业设计的内容 1.2.1 数控横向进给系统总体设计方案的拟定 １.2.2 进给伺服系统机械部分设计计算 1.2.3 数控机床（直流、交流)伺服控制方案分析与计算 第二章数控进给系统总体设计方案的拟定 2.1 毕业设计任务书 2.2 总体方案的确定 2．2.1 概述 2.2.2 数控横向进给系统总体设计方案的拟定 第三章机床进给（直流、交流）伺服系统机械部分设计计算 3.1 系统切削力的确定 3.2 切削力的计算 ３.３滚珠丝杠螺母副的设计、计算、和选型 3.４进给伺服系统传动计算 3.5 伺服电机的计算和选型 第四章数控机床(直流、交流）伺服控制方案分析与计算 4．1 数控机床进给(直流、交流)伺服系统组成 4.２数控机床进给（直流、交流)伺服驱动器的选型 4.3 数控机床进给(直流、交流)伺服驱动器主电路及辅助电路设计与选型第五章毕业设计体会 第六章毕业设计感言 附录 参考文献
第一章绪论 1.1毕业设计的目的 设计的目的是培养综合运用基础知识和专业知识，解决工程实际问题的能力,提高综合素质和创新能力，受到本专业工程技术和科学研究工作的基本训练，使工程绘图、数据处理、外文文献阅读、程序编制、使用手册等基本技能得到训练和提高,培养正确的设计思想、严肃认真的科学态度,加强团队合作精神。 1．2 毕业设计的内容 1.2.１数控横向进给系统总体设计方案的拟定 1．系统运动方式的确定。 2. 伺服系统的选择。 3．执行机构传动方式的确定。 4. 计算机的选择。 １．2．２进给伺服系统机械部分设计计算 1．进给伺服系统机械部分设计方案的确定。 2. 确定脉冲当量。 3. 滚珠丝杠螺母副的选型。 4. 滚动导轨的选型。 5. 进给伺服系统传动计算。 ６. 步进电机的计算和选用。 7．设计绘制进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图。 ８. 设计绘制进给伺服系统的一张或两张零件图。 １．２．3 数控机床（直流、交流）伺服控制方案分析与计算 １. 数控机床进给（直流、交流)伺服系统组成。 2. 数控机床进给(直流、交流）伺服驱动器的选型 3. 数控机床进给(直流、交流)伺服驱动器主电路及辅助电路设计与选型。 第二章数控横向进给系统总体设计方案的拟定 2．1 毕业设计任务书 1．题目: 《数控机床横向伺服进给系统的设计》 2．设计任务： （1）根据机床总体布局,分析应采用的机电一体化设计方案，确定横向进给系统的伺服控制方案; （2)进行机械伺服机构的设计计算,绘制机械传动图及相关装配图（1—2张); (3)进行数控机床伺服驱动器的主电路及辅助电路设备的设计与选型; （4)绘制控制系统原理框图； (5)攥写设计说明书一分(8000字以上）
摘要 本设计是把普通数控车床改造成经济型数控车床。经济型数控车床就是指价格低廉、操作使用方便、比较适合我国国情的，动化的机床。采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。在设计的时候具体进行了详细的各部件的选型和计算。比如：导轨的设计选型、滚珠丝杠螺母副的选型与计算。还进行了进给传动系统的刚度计算、进给传动系统的误差分析、驱动电机的选型计算、驱动电机与滚珠丝杠的联接、驱动电机与进给传动系统的动态特性分析等。 【关键词】车床、数控、传动系统
Abstract This project is to alter the common lathe into the economical lathe. The economical lathe is a advanced and roboticized lathe that has low price, convenient operation, and adapt to the situation of our country and has installed cnc system. During the project we particularly dealt with the choice and calculation of every assembly. Such as:The choice and calculation of guideway, ballscrew nut pair and drive electromotor. Caculate the inflexibility of feed transmission system. Analyse the error of feed transmission system. Junction between drive electromotor and ballscrew. Dynamic analysis of drive electromotor and feed transmission system . 【Key words】Lathe；CNC；Transmission System
第6章 数控机床伺服系统 进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说CNC 装置是数控系统的“大脑”，是发布“命 令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地 执行由CNC 装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。 第一节 概述 . 进给伺服系统的定义及组成 . 定义：进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动 控制系统。 一、进给伺服系统的定义及组成 组成： 进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位置控制单元；速度控制单元；驱动元 件(电机)；检测与反馈单元；机械执行部件。 ３、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。 ４、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。 ５ 、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。 ６、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。简言之：调节、变换、功放。 ７、进给驱动系统的特点（与主运动（主轴）系统比较）： ? 功率相对较小； ? 控制精度要求高； ? 控制性能要求高，尤其是动态性能。 二、NC 机床对数控进给伺服系统的要求 1.调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内) 调速范围： 一般要求： 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。 调速范围： 一般要求： 2.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。 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。 3.负载特性要硬 在系统负载范围内，当负载变化时，输出速度应基本不变。即△F 尽可能小；当负载突变 时，要求速度的恢复时间短且无振荡。即△t 尽可能短； 应有足够的过载能力，以满足低速大转矩的要求。（高速恒功率，低速恒转矩） 这是要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。 4. 响应速度快且无超调 这是对伺服系统动态性能的要求，即在无超调的前提下，执行部件的运动速度的建立时间 tp 应尽可能短。 通常要求从 0→Fmax （Fmax →0），其时间应小于200ms ，且不能有超调， min max F F R N =min 1min 1.010000min mm F mm R N <≤>且
第三章 CA6140数控化改造进给系统设计 分别对原CA6140车床的纵向、横向进给进行改造，用伺服电机带动滚珠丝杠螺母副，来代替原来各种光杠，进行数字化控制。本章的主要内容是完成纵向和横向进给的设计计算、滚珠丝杠螺母副的选择，以及相应的纵向、横向步进电机的型号选择与校核等。 3-1 滚珠丝杠螺母副的特性与工作原理 在进行CA6140卧式车床的数控化改造中进给系统横向以及纵向都采用了滚珠丝杠副，可以提高进给系统的灵敏性、定位精度和防止爬行等优点。滚珠丝杠副的传动效率高达80%~98%，是普通滑动丝杠的2~4倍，滚珠丝杠副的摩擦角小于1度，因此不会自锁。
丝杠与螺母之间填入滚珠，这使得丝杠与螺母之间的运动成为滚动。丝杠、螺母和钢珠都由轴承钢制成，经淬硬、磨削。在丝杠上有回柱器，是一个闭路循环通道，滚珠在其中循环滚动，从而实现了精确的进给过程。 3-2主运动电机的校核 由《机械设计手册》中得知： 切削功率P m ： P m =103-F C V C (KW) 式中 F C --切削力（N） V C --切削速度（m/s） 主运动电机的功率P E : P E = η M P η=0.7~0.85 CA6140车削时总切削力分解为：切削力F C 、背向力F P 、进给 力F f 切削力F C ： F C =C C F a P C F X f C F Y V C C nF K C F 背向力F： P F P =C P F a P P F X f P F Y V C P nF K P F 进给力F f ： F f =C f F a P f F X f Ff Y V C f nF K f F 式中：a P --背吃刀量（mm）
数控机床进给传动系统 一. 进给传动体系图 二. 体系图的重要构造和功用 电念头： 1?步进电念头 步进电念头盧二种将电脉冲旌旗灯号转换成机械角位移的驱动元件。步进电 念头是一种特别的电念头，一般电念头通电后都是持续迁移转变的，而步进电念 头则有定位与运转两种状况。当有一个电脉冲输入时，步进电念头就反转展转一 个固定的角m —佯台 纵向和横向进给传动体系图
度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电念头称为步进电念头。乂因为它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电念头。当电脉冲持续康续地输入，步进电念头便跟随脉冲一步一步地迁移转变，步进电念头的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时光上与输入脉冲同步。是以，只需控制输入脉冲的数量、频率及电念头绕组的通电次序，便可获得所需转角、转速和偏向。在无脉冲输入时，步进电念头的转子保持原有地位，处于定位状况。步进电念头的调速范围广、惯量小、灵敬度高、输出转角可以或许控制，并且有必定的精度, 常用作开环进给伺服 体系的驱动元件。与闭坏体系比拟，它没有地位速度反馈回路，控制体系简单，成本大年夜大年夜降低，与机床配接轻易，应用便利，因而在对精度、速度请求不十分高的中小型数控机床上获得了广泛地应用。 2.直流伺服电念头 因为数控机床对进给伺服驱动装配的请求较高，而直流电念头具有优胜的调速特点，是以在半闭坏、闭坏伺服控制体系中，获得较广泛地应用。直流进给伺服电念头就其工作道理来说，固然与通俗直流电念头雷同。然而，因为机械加工的特别请求，一般的直流电念头是不克不及知足须要的。起首，一般直流电念头转子的迁移转变惯量过大年夜，而其输出转矩则相对较小。如许，它的动态特点就比较差，尤其在低速运转前提下，这个缺点就更凸起。在进给伺服机构中应用的是经山改进构造，进步其特点的大年夜功率直流伺服电念头，重要有以下两种类型： （1）小惯量直流电念头。重要构造特点是其转子的迁移转变惯量尽可能小, 是以在构造上与通俗电念头的最大年夜不合是转子做成细长形且滑腻无槽。以此表示为转子的迁移转变惯量小，仅为通俗直流电念头的1/10阁下。是以，响应特别快，机电时光常数可以小于10 ms,与通俗直流电念头比拟，转矩与惯量之比要大年夜岀40、50倍。且调速范围大年夜，运转安稳，实用于频繁起动与制动, 请求有快速响应（如数控钻床、冲床等点定位）的场合。但因为其过载才能低，并且电念头的自身惯量比机床响应活动部件的惯量小，是以应用时都要经山一对中心齿轮副，才能与丝杠相连接，在某些场合也限制了它广泛地应用。 （2）大年夜惯量直流电念头。乂称宽调速直流电念头，是在小惯量电念头的基本上成长起来的。在构造上和惯例的直流电念头类似，其工作道理雷同。当电枢线圈经山过程直流电流时，就会在定子磁场的感化下，产生带动负载扭转的电转矩。小惯量电念头是从减小电念头迁移转变转量来进步电念头的快速性，而大年夜惯量电念头则是在保持一般直流电念头迁移转变惯量的前提下，尽量进步转矩的办法来改良其动态特点。它既具有一般直流电念头便于调速、机械特点较好的长处，乂具有小惯量直流电念头的快速响应机能。是以，可归纳为以下特点: 1）转子惯量大年夜。这种电念头的转子具有较大年夜的惯量，轻易与机床匹配。可以和机床的进给丝杠直接连接，省掉落了减速机构，故可使机床构造简单，即避免了齿轮等传念头构产生的噪声和振动，乂进步了加工精度。 2）低速机能好。这种电念头低速时输出转矩大年夜，能知够数控机床经常在低速进给时进给量大年夜、转矩输岀大年夜的特点，如能在1 r/min甚至0. 1 r/min 下安稳运转。 3）过载才能强、动态响应好。因为大年夜惯量直流电念头的转子有槽，热容量大年夜，同时采取了冷却办法后，进步了散热才能。是以可以过载运行30 分钟。别的，电念头的定子采取矫顽力很高的铁氧体永磁材料，可使电念头过载10倍而不会去磁，这就明显地进步了电念头的刹时加快力矩，改良了动态响应, 加减速特点好。 4）调速范圉宽。这种电念头机械特点和调速特点的线性度好，所以调速范用宽而运转安稳。一般调速范围可达1 : 10000以上。 大年夜惯量直流电念头尽管有上述长处，但仍有不如其它驱动元件的处所，如运行调剂不如步进电念头简便；快速响应机能不如小惯量电念头。这种驱动体系可直接接有高精度检测元件，如一些测量转速和转角等检测元件，实现半闭坏、闭环