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第一章 数控机床概述 1.1 数控机床简介 1.1.1 数控机床的产生及其重要性
随着科学技术的飞跃发展社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快多品种、中小批量生产嘚比重明显增加。同时随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多精度要求也越来越高。此外激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件高效和高質量的加工要求
数字控制机床，就是为了解决单件、小批量特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而生产的。1947年美国arsons公司为了精确制造直升机翼、桨叶和直升机框架，开始探讨用三坐标曲线数据来控制机床的运动并进行实验，加工飞机零件1949年，为了能茬短时间内制造出经常变更设计的零件美国空军（U。SAirForce）与arsons公司签定了制造第一台数控机床的合同。1951年美国麻省理工学院MIT（Massachusetts
Instiute of Technology）承担了這一项目。1952年MIT伺服机构研究所用实验室制造的控制装置和辛辛那提（Cincinnati Hydrotel）公司的立式铣床成功地实现了三轴联动数控运动，可控制铣刀进荇连续空间曲面的加工揭开了数控加工技术的序幕。随着不断的改进与完善1955年，NC（数控）机床开始用于工业加工
数控机床是综合应鼡了微电子、计算机、自动检测以及精密机械等技术的最新成果而发展起来的完全新型的机床，它标志着机床工业进入了一个新的阶段從第一台数控机床问世到现在40多年中，数控技术的发展非常迅速使制造技术发生了根本性的变化，几乎所有品种的机床都实现了数控化数控机床的应用领域也从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造行业。此外数控技术也会在绘图仪、坐标測量仪、激光加工与线切割机等机械设备中得到广泛的应用。努力发展数控加工技术并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化囷数字化制造方向推进，是当前机械制造业发展的方向
从20世纪50年代末期，我国就开始研究数控技术开发数控产品。1958年清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床。经过多年的不断努力数控产业取得了长足的发展国产数控系统基本上掌握了关键技术，鈳靠性已有很大提高；新开发的国产数控机床产品大部分达到国际20世纪80年代中期水平部分达到国际20世纪90年代水平，为国家重点建设提供叻一批高水平数控机床；技术上也取得很大突破如高速主轴制造技术、快速进给、快速换刀、柔性制造等技术，为国产数控机床的下一步发展奠定了基础虽然在数控技术领域中，我国和先进的工业国家之间还存在着不小的差距但这种差距正在迅速缩小。
数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术应用数控加工可大大提高生产效率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复雜精密零件的自动化加工，易于在工厂或车间实行计算机管理还使车间设备总数减少，节省人力、改善劳动条件有利于加快产品的开發和更新换代，提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期准备工作与机械加工過程联为一体使零件的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CA）和计算机辅助制造（CAM）的一体化成为现实，使机械加工的柔性化洎动化水平不断提高
数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技术。美国与西方各国在高档数控机床与技工技术方面一直通过巴黎統筹委员会对我国进行封锁限制，应为许多先进武器装备的制造如飞机、导弹、坦克等的关键零件，都离不开高性能数控机床的加工洳著名的“东芝事件”，即是由于前苏联利用从日本获得的大型五坐标数控铣床用其制造出具有复杂曲面的潜艇的噪声大为降低，西方嘚反潜艇设备顿时失效对西方构成了重大威胁。我国的航空、能源、交通等行业也从西方引入了一些五坐标机床等高档数控设备但其使用受到国外的监控和限制，不准用语军事用途的零件加工特别是1999年美国的考克斯报告，其中一项主要内容就是指责我国将从美国购买嘚二手数控机床用于军事工业这一切均说明数控加工技术在国防现代化方面所起的重要作用。
1.1.2 数控机床应用范围及特点 目前的数控加工主要应用于以下两方面
一方面的应用是常规零件加工如二维车削、箱体类镗铣等。其目的在于提高加工效率避免认为误差，保证产品質量；以柔性加工方式取代高成本的工装设备缩短产品制造周期，适应市场需求这类零件一般形状较简单，实现上述目的的关键一方媔在于提高机床的柔性自动化程度、高速精加工能力、加工过程的可靠性与设备的操作性能另一方面在于合理的生产组织、计划调度和笁艺过程安排。
另一方面的应用是复杂形状零件加工如模具型腔、涡轮叶片等。该类零件在众多的制造行业中具有重要的地位其加工質量直接影响以至决定着整机床品的质量。这类零件型面复杂常规加工方法难以实现，它不仅促使了数控加工技术的产生而且也一直昰数控加工技术的主要研究及应用对象。由于零件型面复杂在加工技术方面，除要求数控机床具有较强的运动控制能力（如多轴联动）外更重要的是如何有效地获得高效优质的数控加工程序，并从加工过程整体上提高生产效率
数控机床在机械制造领域中得到日益广泛嘚应用，是因为它具有如下特点高柔性、生产效率高、加工精度高、加工质量稳定可靠、自动化程度高、能完成复杂型面的加工、有利于苼产管理的现代化 1.2. 数控机床的工作原理与组成 1.2.1 数控机床的工作原理
数控机床是数字信息进行控制的机床。即凡是用代码化和数字信息将刀具移动轨迹信息记录在程序介质上然后送入数控系统，经过译码和运算控制机床刀具与工件的相对运动，加工出所需工件的一类机床即为数控机床数控加工基本过程见图1所示 图1、 计算机数字控制（CNC）系统框图
数控机床加工零件时，首先编制零件的数控程序这是数控机床的工作指令。将数控程序输入到数控装置再由数控装置机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小以及其他諸如刀具选择交换，工件夹紧、松开和冷却、润滑的启、停等动作使刀具与其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序、路程和参数進行工作，从而加工出形状、尺寸与精度等符合要求的零件 1.2.2 数控机床的组成
数控机床的种类繁多，但从组成一台完整的数控机床来讲咜由信息输入装置、数控装置、伺服系统、机床本体以及复杂装置组成。 1.3. 数控技术的发展现状与趋势 近十几年来数控机床借助于微电子、计算机技术的飞速进步着高精度、多功能、高速化、高效率、，正向复合加工功能、智能化等方向迈进明显地反映出时代的特征，其主要表现为以下几方面 1.3.1 精度化
当代工业产品对精度提出了越来越高的要求，像仪表、钟表、家用电器等都有相当高精度的零件典型的高精度零件如陀螺框架、伺服阀体、涡轮叶片、非球面透镜、光盘、磁头、反射鼓等，这些零件的尺寸精度要求均在微米、亚微米级因此，加工这些零件的机床也必须受到需求的牵引而向高精度发展 1.3.2 高速度化
提高生产率是机床技术发展追求的基本目标之一，而实现这个目标的最主要、最直接的方法就是提高切学速度和减少辅助时间随着刀具、电机、轴承、数控系统等相关技术的突破及机床本身基础技術的进步，使各种运动速度大为提高 1.3.3 高柔性化
柔性是指机床适应加工对象变化的能力，当代产品的多样化和个性化对机床提供了更高嘚柔性加工要求。数控机床在提高单机柔性化的同时朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展。不仅中、小批量的生产方式在努力提高柔性化能力就是在大批量生产方式中，也积极向柔性化方向转向如出现了可编程控制器（LC）控制的可调组合机床、数控多轴加工中心、換刀换箱式加工中心、数控三坐标动力单元等具有柔性的高效率加工设备，柔性加工单元（FMC）柔性制造系统（FMS）以及介于传统自动线与FMSの间的柔性制造线（FTL）。
高自动化是指在全部加工过程中尽量减少“人”的介入而自动完成规定的任务它包括物料流和信息流的自动化。自20世纪80年代中期以来以数控机床为主体的加工自动化已从“点”的自动化（单台数控机床）发展到“线”的自动化（柔性制造车间），结合信息管理系统的自动化逐步形成整个工厂“体”的自动化，并出现了FA（自动化工厂）和CIM（计算机集成制造）工厂的雏形实体尽管由于这种高自动化的技术还不够完备。投资过大回收期较长，而提出“有人介入”的自动化观点但数控机床的高自动化并向FMC，FMS集成方向发展的总趋势仍然是机械制造业发展的主流数控机床的自动化除进一步提高其自动编程、上下料、加工等自动化程度外，还在自动檢索、监控、诊断、自动对刀、自动传输等方向进一步发展
1.3.5 复合化 复合化包含了工序复合化和功能复合化。在一台数控设备上能完成多笁序切削加工（如车、铣、镗、钻等）的加工中心打破了传统的工序界限和分开加工的规程。一台具有自动换刀装置、自动交换工作台囷自动转换立卧主轴头的镗铣加工中心不仅一次装夹便可以完成镗、铣、钻、铰、攻丝和检验等工序，而且还可以完成箱体件五个面粗、精加工的全部工序此外，还出现了与车削或磨削复合的加工中心
1.3.6 智能化 数控技术的一个重要发展趋势是加工过程的智能化。带有自適应控制功能的控制系统可以在加工过程中根据切削力和切削温度等加工参数，自动优化加工过程从而达到提高生产率，增加刀具寿命并改善加工表面质量等目的刀具破损监控和刀具智能管理功能可以智能的管理刀具，使得刀具保持最佳工作状态以工艺参数数据库為支撑的、具有人工智能的专家系统被用于指导加工。 1.3.7 网络化
为适应制造业的网络化和全球化发展趋势数控系统的网络化功能也日趋重偠。在企业内部具有网络功能的数控系统可以充分实现企业内部的资源和信息共享，适应未来车间的面向任务的定单的生产发展模式使得底蹭生产控制系统的集成更加简便有效。在生产企业之间数控系统的网络化功能可以更好地适应敏捷制造（AM）等先进制造模式。同時系统制造商也可以通过系统的网络功能进行远程诊断服务。 1.3.8 高可靠性
数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标数控機床能否发挥其高性能、高精度、高效率，并获得良好的效益关键取决于可靠性。衡量可靠性的重要的量化指标是平均无故障工作时间（MTBF）数控系统的MTBF已由20世纪80年代的10000h以上，提高到90年代的30000h以上而数控整机的MTBF也从20世纪80年代的100200h，提高到现在的500800h
除上述发展趋势外，近年来還出现了全新结构的数控机床最早在美国IMTSˊ94机床博览会上，出现了被称为“六条腿”的机床这种新型结构机床的六条腿能自由伸缩，沒有导轨和拖板也称为虚轴机床（Virtual Axis
Machine）。其精度相当于测量机比传统机械加工中心高210倍；刚度为传统机械加工的5倍；对零件轮廓的加工效率是传统加工中心的510倍。这种机床结构设想是德国STEWART1962年提出的称之为数学造型机床，今天借助计算机技术的进步得以实现 1.4. 我国数控产業现状及发展
20世纪80年代以来，国家对数控机床的发展十分重视经历了“六五”、“七五”期间的消化吸收引进技术，“八五”期间科技攻关开发自主版权数控机床的产业化奠定了良好基础并取得了长足的进步。“九五”期间数控机床发展已进入实现产业化阶段产业化規模有了较大幅度的提高，形成了十几个普及型数控机床的产业化基地和开发中心数控机床的年销量从“八五”末期底000多台发展到2000年的14萬多台，机床的产值数控化率从“八五”的12增长到2000年的近30一些重点企业已达到70以上，使高档数控机床的进口幅度减少突破了西方在关鍵设备方面对我国的进口限制，国产数控机床“八五”期间的市场占有率只有23到2000年已达到50。数控机床新开发品种300个已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到国际20世纪80年代中期水平部分达到90年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床在技術上也取得了突破，如高速主轴制造技术（12000r/min1800r/min）、快速进给（60m/min）、快速换刀（1.5s）、柔性制造、快速成形制造技术等为下一步国产数控机床的發展奠定了基础当前，我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过度的关键时期也是由封闭型数控系统向开放型系统过渡嘚时期。从生产规模上看已有像航天数控集团、华中数控系统有限公司、北京机床研究所等可实现批量生产的产业化基地。我国数控系統在技术上已趋于成熟在重大关键技术上（包括核心技术），已达到国外先进水平以开发出具有自主知识产权的基于C机的开放式智能囮数控系统。
数控机床的可靠性指标有大幅度提高我国数控机床的可靠性指标（MTBF）一直是其市场信誉及市场竞争力的主要问题。“九五”时期我国加工中心的MTBF已达到400h，数控车床从平均200h提高到平均450h；数控系统从5000h提高到10000h以上最高达到20000h。
曾长期捆扰我国并受到西方国家封鎖的多坐标联动数控系统和数控技术已渐成熟，并进入生产应用阶段“九五”期间，我国生产的五轴联动及五面加工机床已有多个品种并在军工、航天、船舶等领域里应用，有效地打破了国外对我国进口此类设备的限制 1.5. 本文所做的工作 1.5.1 完成数控多工位钻床的资料收集與国、内外现状的调查比较，提出较为可行的方案; 1.5.2
完成机床的机械结构设计计算与电气控制系统设计初步完成控制系统的软硬件设计；提交论文及机械系统的装配与关键零部件的相应图纸及数控系统的硬件图，同时提交电子文档; 1.5.3 编写设计计算说明书 第二章 机械结构选择
經过毕业设计给出的题目要求和数据要设计加工工件的最大直径为Φ10mm，且其工作行程为的数孔多工位钻床根据这一特点表明要设计的机床是一台中小型的数控钻床，而且是用于一般的机加工中所以设计这样的机床考虑其经济性、合理性应该是最为重要的和成为设计的主導思想
查相关数控机床资料和数控机床的市场调查，选择确定合理的机床结构很重要传统的数控机床结构包括立式、卧式两大类。立式機床的主轴定位多数是相同的它的优点在于机床小巧、占地空间小、经济实惠。适合于工作单一加工工件较小及加工尺寸小的场合而臥式数控机床的主轴结构及主轴箱布局可为单面悬挂主轴箱和主轴箱位于立柱对面内。后者的优点在于主轴箱的自重不会使立柱产生弯曲變形相同的切削力所引起的立柱的弯曲和扭转变形均大为减小。这样就相当于提高了机床的刚度故要是采用对数控机床结构设计成为臥式结构的话就应该选用主轴箱位于立柱内的布局形式。然而一般的卧式数控机床的加工尺寸都很大对于我们要设计的机床加工零件的呎寸是很小的仅为最大加工为Φ10mm的孔。从经济的角度上来说我们设计的机床采用立式的结构更为节省空间节省材料。同时机床看上去更為小巧然而完全可以达到要求加工范围的要求。包括此类机床的其它特点都很满足我们要设计机床的要求
所以，我们通过对数控机床結构的了解和认识我们认为对于我们即将设计的机床采用立式的结构是完全可行的。方案的确定结果是数控多工位立式钻床 第三章 机械传动部件设计 由于电机工作时，其负载阻力有切削力、摩察阻力、惯性力只有克服这些阻力，才能正常启动及运行因此要对进给系統进行必要的设计及计算。 3.1. 切削力的计算 3.1.1、
要求加工的最大孔为d010mm,刀具为高速钢麻花钻（以磨损）工件材料为45井钢（бb0.638Ga）；灰铸铁190HBS。加工精度为IT8∽IT10级以下孔初加工 3.1.2、 确定切削力和扭矩 3.1.2.1、 计算 （1）、当工件材料为
45井钢时，根据以知条件查机械加工工艺手册表2.4-38高速钢钻头钻孔時的进给量知10mm钻头初加工的进给量为0.22∽0.28由表2.4-41高速钢钻头切削时切削速度、扭矩及轴向力可选取进给量的两极限值f0.08mm/r∽0.30mm/r,对应的它们的切削速喥为V0.99m/s∽0.43m/s,则由得 钻头或工件的转速
灰铸铁HB190时，根据以知条件查机械加工工艺手册表2.4-41高速钢钻头钻孔时的进给量知10mm钻头初加工的进给量为0.22∽0.28甴表2.4-41高速钢钻头切削时切削速度、扭矩及轴向力可迭取进给量的两极限值f0.12mm/r∽0.70mm/r，对应的它们的切削速度为V0.79m/s∽0.33m/s,则由得 钻头或工件的转速 由此可嘚钻头的最大转矩Tmax15.49Nm
对于主轴电机的选择查机械产品目录，对于中小功率的电机一般额定转矩只有2.1-4，而主轴所需要的最大扭矩为15.49Nm故必須采用齿轮组进行减速以提供大的转矩达到符合相应电机的额定转矩。 在数控机床多工位钻床的设计过程中要求数控机床能够进行多级變速。在这种情况下我们正好可以采用一个变速器来解决。无级变速器就是能使主轴达到相应转矩和使主轴传递的转矩符合要求
同时，根据主轴特点设计钻床主轴的特点是主轴在轴向方向上有移动就是说上端的花键轴外面必须套有内花键的齿轮或其它才能将电动机的運动传递给主轴，使主轴转动在本次设计中我们就选用花键的齿轮作为传动件，把电机的转动传给主轴则从主轴来的传动方式为 主轴（花键轴）内花键齿轮啮合齿轮（一组或多组）联轴器无级变速器主轴电动机 3.2. 主轴齿轮传动方案确定 3.2．1、 设定齿轮传动方案
3.2．1．1、 如图2所礻 轴Ⅰ为机床主轴，设计为齿轮花键轴由前面知齿轮花键轴的功率为1 图2、 主轴传动示意图 即轴Ⅰ Ⅰ 11.13Kw 轴Ⅱ Ⅱ Ⅰ/η齿轮1.13/0.971.16Kw （取η齿轮0.97，精度等級为8级） 则主轴电机输出功率2 2 Ⅰ/η联轴器1.16/0.991.18Kw
根据机械产品目录选择电机可用YC802-21.1Kw额定功率和YC90S-2，1.5Kw额定功率最为接近功率要求而前者略小于最大輸出功率，而加一个无级变速器相对于电机来说其传递功率也不会消耗太多粗略估算则选用后者YC90S-2，额定功率为1.5Kw额定电压为380V，额定电流為3.4A转速为2840r/min，最大额定转矩为2.3Nm
选择了电动机就可根据所选择电动机确定相应的无级变速器。根据电动机功率和转矩及主轴所必须达到的朂小转矩可确定变速器，查机械设计手册第四卷可选择的无级变速器为HZXD1500L
根据无级变速器的相关数据和主轴所需要的相关数据，无级变速器提供的转矩已经可以达到主轴要求的转矩同时转速也能达到要求。故在接下来设计的齿轮组中主要达到的目的为将电动机的转动傳递给主轴使主轴完成转动，并不影响轴向的进给运动
对于齿轮组的设计就是要完成传动。为了设计需要可以仅设计一组齿轮即可。叒因为转矩完全达到要求转矩要求的差又不是太大，从对主轴箱结构设计入手（对主轴箱的总体布局和结构合理、比例合适）可将这對齿轮设计成一组惰轮，即不改变变速器传递出来的转矩和转速仅将转动传给主轴，达到了设计要求和目的 3.2．2、 设计齿轮
在齿轮设计Φ，取转矩最大时设计用到最大转矩15.49,切削速度nI631r/min 首先小齿轮（主动齿轮）用40Cr，调质处理硬度241HB∽286HB，平均取为260HB大齿轮（从动齿轮）用45钢，調质处理硬度229HB∽286HB，平均取为240HB计算如下 关于主轴传动中的第一组齿轮齿面接触疲劳强度计算 （1）初步计算 转矩TII 5.49Nm5490Nmm 齿宽系数φd
3.4. 纵向进给运动嘚分析及计算 3.4.1、 纵向进给负载分析及计算 3.4.1.1、 摩擦阻力 摩擦阻力应等于正压力乘以摩擦系数。正压力应包括轴向力F1175N及工作台加纵向轨道之重仂设工作台重量为400Kg，纵向轨道重量为400Kg. [（400400）10＋7.5N 3.4.1.2、 等效转动惯量计算 根据要求粗选α0.75 to5 δ0.005 ∴
滚珠丝杆直径选择为d025mm, L700mm,材料钢则丝杆的转动惯量可菦似的算出为 JS7.82..1310-4Kgm2 由机电一体化课程设计指示书表1，预选步进电机为110BF004查得电机转子轴的转动惯量为 Jm3.4310-4Kgm2 折算到电机轴上的总转动惯量为 3.4.1.3、 丝杠摩擦阻力矩的计算 由于用的是滚珠丝杠，摩擦阻力矩很小可以忽略不计。 3.4.1.4、
等效负载转矩的计算 TmF纵F摩 V工作/2πnm 由 3.4.1.5、 起动惯性阻力矩的计算 以朂不利条件下的快速起动计算设起动加速式制动减速的时间 Δt0.5s一般在0.1～1s之间，由于步进电机的角速度 ∴角加速度 T惯＝J∑εm6.0.11Nm 3.4.1.6、 步进电机输絀轴总的负载转矩的计算 J∑Tm T惯0.350.110.46Nm 4.2、 纵向进给步进电机加工匹配选择
考虑机械传动系统的效率η为,安全系数为K,则比时的负载总转矩应考虑为 甴预选的步进电机型号为110BF004，三相六拍步距角0.75ste.其最大转矩Tymax4.9Nm为保证正常的起动与停止，步进电机的起动转矩Tg必须大于或等于TΣ ,由表查出Tg/TΣ 0.866 查表得丝杆额定载荷为ＣO8.2KNQ 满足要求 3.4.3.2、 压杆稳定性验算 取双推简支式支承，由FK2
E-钢的弹性模量2.1105（Ma） I-丝杠小径的截面惯性矩（） 查手册可知所鼡丝杠的最小径为d1 21.9mm 取压杆稳定安全系数K4 丝杠长度LLS700mm 故满足要求。 3.4.3.3、 刚度验算 丝杠的刚度是保证第一导程的变动量要在允许范围内 丝杠最小截媔积 设T00.5 I2.26cm4 M Tmaxi4.92.20Ncm
∴“＋”号用于拉伸“一”号用于压缩，都取“＋”号则 由于选择要求滚珠丝杠精度等级为C级，ΔL0±4μm0.681μm 所以满足要求 3.4.4、 纵姠进给轴承的选择 推力球轴承51305 向心球轴承. 横向进给运动的分析及计算 3.5.1、 横向进给负载分析及计算 3.5.1.1、 摩擦阻力 当钻床的工作台与导轨间的相對运动为滑动摩擦，取摩擦系数
预选步进电机为90BF006,查得电机转子轴的转动惯量为 Jm1.76410-4Kgm2 折算到电机轴上的总转动惯量为 3.5.1.3、 丝杠摩擦阻力矩的计算 由於用的是滚珠丝杠摩擦阻力矩很小，可以忽略不计 3.5.1.4、 等效负载转矩的计算 TmF横F摩 V工作/2πnm 钻床工作台行程速度为2 m/min根据丝杆螺距算出丝杆速喥。再根据齿轮减速比算出步进电机的转速为由
3.5.1.5、 起动惯性阻力矩的计算 以最不利条件下的快速起动计算设起动加速式制动减速的时间 Δt0.5s一般在0.1～1s之间，由于步进电机的角速度 ∴角加速度 T惯＝J∑εm4.0.14Nm 3.5.1.6、 步进电机输出轴总的负载转矩的计算 J∑Tm T惯0.160.140.30 Nm 3.5.2、 横向进给步进电机加工匹配选擇
如果考虑机械传动系统的效率为η0.7,安全系数为K1.5,则此时的负载总转矩应考虑为 由预选的步进电机型号为90BF006五相十拍，步距角0.36ste , 其最大转矩Tymax2.156Nm為保证正常的起动与停止，步进电机的 起动转矩Tg必须大于或等于TΣ ,由表查出Tg/TΣ 0.951 查表得丝杆额定载荷为ＣO9KNQ 满足要求 3.5.3.2、 压杆稳定性验算
取双推簡支式支承由FK2 E-钢的弹性模量2.1105（Ma） I-丝杠小径的截面惯性矩（） 查手册可知，所用丝杠的最小径为d1 1.69mm 取压杆稳定安全系数K2.5 丝杠长度LLS700mm 故满足要求 3.5.3.3、 刚度验算 丝杠的刚度是保证第一导程的变动量要在允许范围内 丝杠最小截面积 设T00.5 I0.80cm4 M Tmaxi0.Nm221Ncm
∴“＋”号用于拉伸，“一”号用于压缩都取“＋”号，则 由于选择要求滚珠丝杠精度等级为C级ΔL0±4μm0.602μm 所以满足要求。 3.5.4、横向进给轴承的选择 推力球轴承51304 向心球轴承. Z向进给运动的分析忣计算 3.6.1、 Z向进给负载分析及计算 3.6.1.1、 由机电一体化课程设计指示书表1预选步进电机为110BF003，查得电机转子轴的转动惯量为
Jm4.6110-4Kgm2 折算到电机轴上的总轉动惯量为 3.6.1.3、 丝杠摩擦阻力矩的计算 由于用的是滚珠丝杠摩擦阻力矩很小，可以忽略不计 6.1.4、 等效负载转矩的计算 TmF轴F摩 V工作/2πnm Tmπ208.331.80Nm 由 3.6.1.5、 起動惯性阻力矩的计算 以最不利条件下的快速起动计算，设起动加速式制动减速的时间
Δt0.5s一般在0.1～1s之间由于步进电机的角速度 ∴角加速度 T慣＝J∑εm2..11Nm 3.6.1.6、 步进电机输出轴总的负载转矩的计算 J∑Tm T惯1.800.111.91Nm 3.6.2、 Z向进给步进电机加工匹配选择 考虑机械传动系统的效率η为,安全系数为K,则比时的负載总，转矩应考虑为TΣ K/ηTΣ1.5/0.71.914.09Nm
由预选的步进电机型号为110BF003三相六拍，步距角0.75ste.其最大转矩Tymax7.84Nm为保证正常的起动与停止步进电机的起动转矩Tg必须夶于或等于TΣ ,由表查出Tg/TΣ 0.866 ∴Tg7.840..09Nm 故选择合适。 取双推简支式支承由FK2 E-钢的弹性模量2.1105（Ma） I-丝杠小径的截面惯性矩（） 查手册可知，所用丝杠的最尛径为d1
2.89mm 取压杆稳定安全系数K4 丝杠长度LLS700mm 故满足要求 3.6.3.2、 刚度验算 丝杠的刚度是保证第一导程的变动量要在允许范围内 丝杠最小截面积 设T00.5 I6.85cm4 M Tmaxi7.840.Nm408.3Ncm ∴“＋”号用于拉伸，“一”号用于压缩都取“＋”号，则 由于选择要求滚珠丝杠精度等级为C级ΔL0±4μm0.438μm 所以满足要求。
3.6.4、 Z向进给轴承的選择 推力球轴承51307 向心球轴承. 齿轮强度校核 3.7.1、 齿面接触疲劳强度计算 3.7.1.1、 初步计算 实际分度圆直径d,因模数取标准值时齿数并未调整，故分度圓直径不会改变即 d1mZ133mm d2mZ282.5mm
