高速進給系統(tǒng)是高速加工機床極其重要的組成部份，對它的設(shè)計要求，首先應(yīng)當(dāng)是能提供高速切削時所要求的高的進給/快移速度和加減速度;其次是應(yīng)具有所要求的調(diào)速寬度和軌跡跟蹤精度;同時還應(yīng)有很好承受動、靜載荷的能力和剛度，從而保證高速加工應(yīng)有的效率和質(zhì)量。

　　決定高速進給系統(tǒng)上述性能要求的因素主要有三個方面：即進給運動的傳動方式、各軸進給運動間的相互結(jié)構(gòu)聯(lián)系和數(shù)控伺服控制系統(tǒng)。

　　一、進給運動的傳動方式

　　高速進給運動的傳動方式，目前廣為應(yīng)用的主要有兩種：一種是回轉(zhuǎn)伺服電機通過滾珠絲杠的間接傳動，另一種是采用直線電機直接驅(qū)動。

　　通過滾珠絲杠間接傳動方式的優(yōu)點是技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)相對簡單，加速度特性受運動部件載荷變化的影響較小，且目前已有許多國內(nèi)外廠家進行標準化，系列化和模塊化的專業(yè)化生產(chǎn)。但是普通傳動用的滾珠絲杠，由于存在慣量大，導(dǎo)程小，又受到臨界轉(zhuǎn)速的限制等，其所能提供的進給/快移速度只有10~20m/min，加速度為0.3g，滿足不了高速加工的要求，因此，高速加工用的進給滾珠絲杠普遍采取如下的改進措施。

　　加大絲杠的導(dǎo)程和增加螺紋的頭數(shù)，前者為提高絲杠每轉(zhuǎn)的進給量(即進給速度)，后者則為彌補絲杠導(dǎo)程增大后所帶來的軸向剛度和承載能力的下降。

　　將實心絲杠改為空心的，這既是為減少絲杠的重量和慣量，也是為便于對絲杠采取通水內(nèi)冷，以利于提高絲杠轉(zhuǎn)速，提高進給/快移速度和加速的能力，減少熱影響;

　　改進回珠器和滾道的設(shè)計制造質(zhì)量，使?jié)L珠的循環(huán)更流暢，摩擦損耗更少;

　　采用滾珠絲杠固定，螺母與聯(lián)結(jié)在移動部件上的伺服電機集成在一起完成旋轉(zhuǎn)和移動，從而避開了絲杠受臨界轉(zhuǎn)速的限制等。

　　經(jīng)過采取這些改進措施后，滾珠絲杠傳動的進給方式可提供的進給/快移速度達60m/min~90m/min，加速度可達1~2g。但是由于受到原理結(jié)構(gòu)的限制，要想進一步提高滾珠絲杠傳動的運動速度和加速度很難了，而且受絲杠的可制造長度限制，滾珠絲杠傳動所能提供的運動行程也是有限的。

　　與上述的通過滾珠絲杠間接傳動的方式相比，采用直線電機直接驅(qū)動的主要特點和優(yōu)點是將伺服電機的定子和動子分別直接與機床床身及移動部結(jié)合在一起，沒有了中間環(huán)節(jié)，傳動鏈的長度縮短為零，即實現(xiàn)了所謂的“零傳動”，從而大大提高了機械剛度，減少了傳動系統(tǒng)的慣量，獲得更高的速度和加速度能力，并易于控制系統(tǒng)的阻尼力和動態(tài)特性，直線電機最高的進給/快速度可達120m/min乃至240m/min，加速度可達2~10g;行程長度可不受限制;適應(yīng)性強，靈敏度高，隨動性好，不存在反向間隙，可利用直線光柵尺作為測量反饋元件，實現(xiàn)全閉環(huán)控制，以獲得更高的定位精度和跟蹤精度等。

　　但是，直線電機直接驅(qū)動也存在一些缺點：如效率低，功耗大，結(jié)構(gòu)尺寸和自重也相對較大;工作過程溫升高，要求強冷卻;因受磁場力影響易于吸引鐵屑和金屬物，故需考慮防磁措施等，特別是要注意的是它的加速度值直接反比于運動部件的載荷量(工作臺/滑座自重加上工件及其他外載荷)，即對運動載荷較敏感，故宜用于運動件載荷恒定或變化量不大的場合，在載荷變化重大的情況下，必需能在數(shù)控編程時予以考慮，否則不能保證加工所要求的效率和質(zhì)量。另外，直線電機直接驅(qū)動不具自鎖能力，設(shè)計和使用中應(yīng)注意考慮外加制動措施，特別是在垂直軸進給系統(tǒng)中使用時，尤要注意。

　　二、各軸進給運動的相互結(jié)構(gòu)聯(lián)系

　　如同一般加工機床一樣，高速加工機床一般都有2個以上，多至5個進給運動軸，這些運動軸間的相互結(jié)構(gòu)聯(lián)系，目前存在著串聯(lián)，并聯(lián)和混聯(lián)三種型式。

　　串聯(lián)結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)機床普遍采用的型式，其特點是各運動軸的布局采用笛卡爾直角坐標系，機床床身、立柱、溜板、工作臺/轉(zhuǎn)臺和主軸箱等部件分別通過相應(yīng)的導(dǎo)軌支承面串聯(lián)在一起的，各軸運動均可單獨地獨立進行，由于是串聯(lián)，各運動部件的重量往往都較大，且不一致，需特殊調(diào)整方可保持各軸加速度特性的一致性;進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)件不僅受拉、壓力，而且受彎、扭力矩的作用，變形復(fù)雜，后運動部件受到先運動部件的牽動和加速，加工誤差由各軸運動誤差線性迭加而成，且受導(dǎo)軌精度的影響等，這些都是串聯(lián)結(jié)構(gòu)的缺點。然而由于串聯(lián)結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)，有長期設(shè)計、制造和應(yīng)用的經(jīng)驗，技術(shù)較成熟，故迄今仍為大多數(shù)高速加工機床所采用。但串聯(lián)結(jié)構(gòu)中還有著不同的各運動軸的相互組合配置方式，其所獲得的應(yīng)用效果是不一樣的，設(shè)計時應(yīng)以高速加工的特點及其對機床結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求出發(fā)來確定。

　　并聯(lián)結(jié)構(gòu)的典型代表是Stewart平臺式的所謂虛擬軸機床。它的特點是運動部件是一個由伺服電機分別控制的6根可自由伸縮的桿子所支承的動平臺，該平臺可同時作6個自由度的運動，但沒有像串聯(lián)結(jié)構(gòu)那樣的物理上固定的X、Y、Z軸和相應(yīng)的運動支承導(dǎo)軌，而且任何一軸運動都必須由6根可伸縮桿的協(xié)同運動來完成。一般刀具/主軸頭就安裝在該動平臺上，工件則固定在機床的機架上，此外就不再有溜板、導(dǎo)軌等支承件了。與傳統(tǒng)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的機床相比，并聯(lián)結(jié)構(gòu)型式的機床主要有如下優(yōu)點：

　　運動部件重量輕，慣量小，更有利于實現(xiàn)進給運動高的速度和加速度;

　　刀具主軸頭可同時實現(xiàn)5軸聯(lián)動，結(jié)構(gòu)簡單，且主要的6根伸縮桿具有相同的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式，便于模塊化，標準化和系列化生產(chǎn);

　　伸縮桿的兩端分別由球鉸和虎克鉸鏈與相關(guān)件連結(jié)，使桿子只受拉、壓力，不受彎扭力作用，剛度高，并易于通過預(yù)加載荷來提高整個進給系統(tǒng)的綜合剛度。

　　理論精度高，因為它不像串聯(lián)結(jié)構(gòu)那樣，各軸運動誤差有可能被累積和放大，故并聯(lián)結(jié)構(gòu)的進給運動的綜合誤差一般不會大于6根伸縮桿運動誤差的平均值。

　　并聯(lián)結(jié)構(gòu)的缺點是：

　　在同一臺機床上，其進給的行程隨著各伸縮桿的伸出長度和動平臺的位姿角變化而變化，故由行程所決定的可加工空間是非規(guī)則形，不方便應(yīng)用;

　　因受球鉸和虎克鉸轉(zhuǎn)角的限制，帶主軸頭的動平臺所能傾斜的角度較小(一般只有±40°)從而影響了機床的可加工范圍;

　　運動編程較復(fù)雜，而且在任一軸向上的簡單直線運動，也要有6根桿的協(xié)調(diào)伸縮運動才能完成等。

　　由于有這些問題的存在，并聯(lián)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，目前尚不十分廣泛，還有待于進一步研究和發(fā)展。

　　混聯(lián)結(jié)構(gòu)是在一臺機床上同時采用有串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)型式的進給運動的結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)，通常的做法是：3個移動坐標仍采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)來完成，主軸加工時所需的另外2個轉(zhuǎn)動坐標則由串聯(lián)到固定工作臺上的回轉(zhuǎn)和可傾斜的工作臺或由串聯(lián)到并聯(lián)結(jié)構(gòu)的動平臺上的旋轉(zhuǎn)和擺動主軸頭來實現(xiàn)。但是此時的并聯(lián)結(jié)構(gòu)的6根伸縮桿改成了3副定長桿，除桿的一端仍通過球鉸與動平臺相聯(lián)外，桿的另一端則通過球鉸成組地與滑座聯(lián)結(jié)，滑座由伺服電機控制的滾珠絲杠(或直線電機)驅(qū)動在機床導(dǎo)軌上移動，從而改變動平臺(主軸頭)在三維空間中的位置，即X、Y、Z軸的運動行程。這樣既克服了純并聯(lián)結(jié)構(gòu)存在的加工空間不規(guī)則和動平臺可傾角度過小的缺點，而且也減少了三套伺服驅(qū)動電機和滾珠絲杠，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。這應(yīng)是并聯(lián)機床結(jié)構(gòu)改進的一個方向。