摘要：本文综述了用于机床的进给传动系统的设计与控制。介绍了利用摩擦、滚动元件、流体静力和磁悬浮原理设计的机床导轨。介绍了基于滚珠丝杠和直线电机的机械传动，并给予了它们灵活的模型。讨论了电机和传感器用于驱动和测量运动的过程。对刚性和柔性传动系统的控制提出了主动阻尼策略。讨论了馈电驱动器的虚拟建模。本文介绍了工程的基本原理，以及目前在进料驱动器的设计、分析和控制方面面临的挑战。

1.介绍

进给传动系统把刀具和工件的刀具部件定位到所需要的位置;因此，它们的定位精度和速度决定了机床的质量和生产率。图1给出了一种馈电驱动硬件的总体结构及其计算机控制结构。

如图2所示，进给传动系统要么由直线电机直接驱动，要么由旋转电机通过滚珠螺杆和螺母总成驱动。驱动列车由一个机器工具表在导轨上休息，并通过一个滚珠丝杆驱动螺母或直线运动系统线性移动。滚珠丝杆可以直接连接到旋转伺服电机或大型机器的齿轮减速器。

如图1a所示，电机由与计算机数控系统相连的放大器电子驱动。通过跟踪轨迹生成和控制算法，如图1b所示，该表格被伺服驱动器定位。在CAD/CAM系统中生成的数控程序被加载到机床的数控单元内。数控程序将NC程序分解成可由线性、圆形、样条或其他几何运动组成的工具路径段。在NC程序中输入的进料，与进给传动系统的加速度和跳数限制相结合，并通过实时轨迹生成算法将时间戳的离散位置指令发送到各驱动伺服器上。轨迹生成算法考虑了机器的运动学，将空间工具的运动解耦到每个进给传动系统中。现代数控系统使用连续的，即五阶多项式，在每个离散时间区间上生成位置指令[3]。离散位置指令由每个伺服驱动器的实时控制律处理，相应的数字速度指令转换成馈电到驱动器的放大器和电机的电信号。定位机床的速度和精度受轨迹产生、控制算法、机械驱动和引导、放大器、电机和传感器的影响。

考虑到这个话题的重要性，CIRP在进给传动系统上发表了两篇重要的文章。Koren等人提出了一项关于反馈、前馈和应用于进给传动的交叉耦合控制器的调查[62,63]。Pritschow等人比较了线性驱动与传统机电球螺杆驱动机电驱动器的性能[83]。Pritschow等公司也对最新的CNC设计体系结构进行了调查。[84]本文主要介绍了在进给传动系统中取得的最新技术进展和学术进展。还讨论了正在进行的研究挑战，以推动饲料的准确性和性能，并提高到更高的水平。

本文组织如下。第2节介绍了基于摩擦、滚动轴承、流体静力和悬浮原理的机床导轨。第3节给出了齿条-小齿轮、滚珠丝杠和直线传动结构，其次是第4节的结构动力学模型。在第5和第6节分别讨论了进给传动系统的电动机和传感器。第7节介绍了刚性和柔性进给传动系统的控制。本文对进给传动系统的设计和控制中的研究挑战进行了总结。

2.机床指南

由于其高性能和模块化集成到机床上，基于滚轴的指南变得流行起来。另一方面，在要求较高的精度、刚度和阻尼的应用场合中，流体静压导轨是首选的。空气静力、磁性或真空导轨用于精密定位应用，外部负荷较小。

纵向导轨所需的功能r如下所示:几何精度被直接转移成部分。刚度可承受机械加工过程和最小变形的惯性力。耐磨、低摩擦，避免夹具、粘滑现象和表面老化。能承受机械加工过程的冲击。

2.1.摩擦指南

摩擦导轨具有良好的阻尼，抗冲击载荷和高负载能力，最高可达140MPa。它们主要以0.5米/秒的速度使用。通过刮擦和在接触面上留下均匀的痕迹，获得了在床和滑道之间的最小粘连的均匀接触。滑道由1毫米深润滑槽润滑，在导轨的运动部分打开。导轨也可以涂上几毫米厚的聚合物，以减少摩擦。摩擦导轨的各种配置如图3所示。