伺服进给系统是数控机床的重要组成部分，它的性能直接影响着机床的加工精度与加工效率，因此提高伺服进给系统的性能具有重要意义。作为典型的机电系统，伺服进给系统的设计一度采用传统设计方法，即机械系统和控制系统作为两个分立的子系统进行设计，最终将它们整合在一起调试、改进。然而，伺服系统的功能实现是两个子系统协同工作的结果，两个子系统之间必然存在着某种耦合关系影响系统的整体性能，如果能在设计之初就将这种耦合作用考虑在内，那么对于提高伺服系统的性能以及提高工作效率具有重要意义。本文首先在刚体假设的条件下，建立了伺服进给系统的理论模型（这里刚性假设指丝杠、轴承组等机械组件在系统工作过程之不发生横向变形，只有轴向弹性变形），将机械结构的主要特征与典型的控制系统结合起来，通过MATLAB仿真分析得到机械结构因素，主要控制参数以及结构因素和控制参数的组合伺服系统跟踪误差、幅值裕度以及带宽的影响。考虑到理论模型的局限性，如：不能考虑机械结构的变形、振动以及质量分布的不均匀等实际问题对伺服系统性能造成的影响，本文进一步建立了滚珠丝杠伺服进给系统的有限元模型，采用刚度矩阵的方式解决了轴承组、螺母等复杂结构的建模，并通过静力学仿真验证了机械模型的有效性。然后，在机械模型的基础上，利用MATRIX27单元集成了PID控制回路，建立了滚珠丝杠伺服进给系统的机电耦合有限元模型。在耦合模型的基础上，分析了移动质量变化及质量分布对伺服系统性能的影响。最后，为了对分析结果进行验证，本文基于哈工大自主研制的五轴数控小型机床，设计了相应的实验装置，在进给系统工作台上加载不同的质量及分布，验证了有限元集成模型的分析结果。