经济型车床进给系统数控改造的设计（说明书+CAD图纸)
摘要
本设计是在经济型数控机床的基础上，继续使用步进电机，通过安装检测、反馈装置
来实现其闭环控制系统，以提高加工精度，达到要求，从而实现经济型数控车床到高精度
数控车的转变。主要内容如下：
1） 对经济型数控车床进给系统的工作原理进行研究、分析。
2） 根据机械、电气设计原理，确定进给系统丝杠螺母类型以及步进电机类型。
3） 对闭环控制系统做出重点研究，建立控制原理框图。
4） 系统检测的原理以及检测过程予以说明。
5） 分析了反馈时信号处理的工作原理。
此次课题的研究，对数控车床传动系统有了一定的认识，对检测系统、反馈过程进行
了深入的研究，为以后从事与数控相关的工作打下坚实的理论基础，从而能够更好的完成
新的任务。
关键词 步进电动机；检测装置；反馈系统；闭环控制
1 绪论
1.1 数控技术的应用与发展
(一)数控技术
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技
术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的
数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技
术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。
(二)数控技术的应用
高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提
高市场竞争能力。在加工精度方面，近10 年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm
提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已
开始进入纳米级(0.01μm)。 在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，
伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，
与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各
个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数
自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运
算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能
化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的
诊断及维修等。
目 录
1 绪论...................................................................... 1
1.1 数控技术的应用与发展.................................................. 1
1.2 数控的技术领域与计算机应用的特点...................................... 1
1.3 数控系统的组成........................................................ 3
1.4 数控机床的发展趋势..................................................................................................... 4
2 伺服进给传动系统概述...................................................... 9
2.1 闭环伺服系统.......................................................... 9
2.2滚珠丝杠螺母........................................................... 9
2.3 伺服电动机及其调速................................................... 10
2.4 检测系统............................................................. 10
3进给系统机械结构设计..................................................... 12
3.1 进给系统设计方案...................................................... 12
3.2 设计计算............................................................. 12
4反馈系统设计............................................................. 12
4.1 设计的条件........................................................... 19
4.2 步进电机驱动过程及失步原因简析....................................... 19
4.3 步进电机闭环系统控制方案分析......................................... 20
4.4 步进电机闭环控制系统核步法........................................... 21
4.5 位置检测装置......................................................... 21
4.6 反馈信号的处理....................................................... 22
4.7 闭环控制............................................................. 24
4.8 设计的出发点......................................................... 12
结论....................................................................... 28
致谢....................................................................... 29
参考文献................................................................... 30
附录....................................................................... 31
附录1 .................................................................................................................................. 31
附录2 .................................................................................................................................. 37
参考文献
[1] 金属切削原理，上海科学技术文献出版社，上海纺织工业专科学院，刘源灿主编，1984
年4月。
[2] 数控机床系统设计，化学工业出版社，文怀兴，夏雨主编，2005年6月。
[3] 数控技术，湖北科学技术 出版社，廖效果，刘又午，朱建英主编，1993年3月。
[4] 经济型数控机床系统设计，机械工业出版社，张新义主编，1993年3月。
[5] 实用机械设计手册上册，机械工业出版社，《实用机械设计手册》编写组 编，1992 年
9月。
[6] 机械精度设计基础，科学出版社，孙玉芹，孟兆新主编，2004年2月。
[7] 自动控制原理，机械工业出版社，陈玉宏主编，2003年。
[8] 电动机的单片机控制，北京航空航天大学出版社，2002年。
