要满足±0.001mm的定位精度，滑动丝杠副不能达到要求，因此选用滚珠丝杆副，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。

②轴向间隙的调整和预紧方式：选用垫片调隙式，这种方法结构简单、刚性好、装卸方便，适用于一般精度的机构

③滚珠丝杠的安装：采用一端固定，一端游动的方式，因其压杆稳定性和临界转速较高

(3)伺服电动机的选用

任务书规定的定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此2000mm/min，故本设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比。

2、控制系统的设计

1）设计的X-Z工作台准备用在数控车床上，其控制系统应该具有单坐标定位，两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统设计成连续控制型。

2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU，能够满足任务书给定的相关指标。

3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还要扩展程序存储器，键盘与显示电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。 4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。

三、机械传动部件的计算与选型

1、导轨上移动部件的重量估算

按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导

轨副、导轨座等,估计重量约为1310N。 2、铣削力的计算

最大切削分力：FZ= 3070 （垂直方向）； FX= 3500 （横向）； FY= 3500 （纵向）；

3直线滚动导轨副的计算与选型

1）、滑块承受工作载荷Fmax的计算及导轨型号的选取

工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：

Fmax?G?F 4其中，移动部件重量Ｇ＝1310N，外加载荷F=Fz=3070N，代入上式，得最大工作载荷Fmax=3397.5N=3.3975kN。

查表3-41，根据工作载荷Fmax=3.3975kN，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的LG35型，其额定动载荷Ca为35.1 KN，额定静载荷COa为47.2 KN。

任务书规定工作台面尺寸为300 mm ×300 mm，加工范围为400 mm

×400 mm，考虑工作行程应留有一定余量，查表3-35，按标准系列，选取

导轨的长度为840mm。 2、距离额定寿命L的计算

上述所取的KL系列LG35系列导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过

100C，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。

查表3-36至3-40，分别取硬度系数fH=1.0，温度系数fT=1.00，接触系数fc=0.81，精度系数fR=0.9，载荷系数fw=1.5，代入式（3-33），得距离寿命：

L=6328.805739Km

远大于期望值50Km，故距离额定寿命满足要求。

4．滚珠丝杠杠螺母副的计算与选型 （1）最大工作载荷Fm的计算

在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）Fx=3500N，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）Fy =3500N，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）Fz =3070N。

已知移动部件总质量G=1310N，按矩形导轨进行计算，查表3-29，取颠覆力矩影响系数K为1.1，滚动导轨上的摩擦因数为0.005.求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：

Fm=KFx+?(Fz+Fy+G)=[1.1?3500+0.005?(3070+3500+1310)]N?3889.4N

（2）最大动载荷FQ的计算

设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=500mm/min，初选丝杠导程Ph=6mm，则此时丝杠转速n=v/Ph=500/6 r/min。

取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入L0=60nT/106，得丝杠寿命系数L0=75 (单位为：106r)。

查表3-30，取载荷系数fW=1.2，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数fH=1.0，求得最大动载荷：

FQ≈19682.68205N

（3）初选型号 根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表3-32，选3206-5型滚珠丝杠副，为外循环插管埋入式单螺母非预紧，其公称直径d0为32mm，导程Ph为6mm，循环列数CM为2X2.5，精度等级取5级，额定动载荷为24373N，大于FQ满足要求。

（4）传动效率η的计算 将公称直径d0=32mm，导程Ph=6mm，代入λ=arctan[Ph/(πd0)]，得丝杠螺旋升角λ=3°25′。将摩擦角φ=10′，代入η=tanλ/tan(λ+φ)，得传动效率η=96.3375229%。 （5）刚度的验算

1）X-Y 工作台上下两层滚珠丝杠副的支撑均采用“单推-单推”的方式。丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支撑的中心距离约为a=800mm；钢的弹性模量E=2.1×105MPa；查表3-32，得滚珠直径DW=3.969mm，丝杠底径d2=27.2mm，丝杠截面积S= πd22/4=581.0689772mm2。

忽略式（3-25）中的第二项，算得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量：

δ1=Fma/(ES)= 3889.4×800/(2.1×105×581.0689772)≈0.025499144mm。 2）根据公式Z=(πd0/DW) ，求得单圈滚珠数Z=26；该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数×列数为2X2.5，代入公式：Z∑= Z×圈数×列数，得滚珠总数量Z∑=130。丝杠预紧时，取轴向预紧力FYJ =Fm/3=1296.466667N。根据公式

（3-27），求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形δ2≈0.002458760585mm。

因为丝杠加有预紧力,且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减少一半，取δ2=0.001229380293mm。

3)将以上算出的δ1和δ2代入δ总=δ1+δ2，求得丝杠总变形量(对应跨度800mm)δ总=0.026728524mm=26.728524μm。

本例中，丝杠的有效行程为466mm，由表3-27知，5级精度滚珠丝杠有效行程在400~500mm时，行程偏差允许达到27μm，可见丝杠刚度足够。

（6）压杆稳定性校核

根据公式（3-28）计算失稳时的临界载荷

FK。查表3-34，取支承系数fk

为1，由丝杠底径d2=27.2 mm，求得截面惯性矩I=26868.62951。压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值800mm。代入（3-28），得临界载荷FK=29004.36263 N >Fm,故丝杠不会失稳。

综上所述，初选滚珠丝杠满足要求。 5、步进电动机的计算与选型

（1）、计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq

由于负载转矩情况不同，负载惯量只能由已计算精确地得到。由电动机驱动的所有运动部件，无论是旋转运动还是直线运动部件，都成为电动机的负载惯量，总的惯量以通过计算各个被驱动部件的惯量，并以一定规律将其加起来即可。滚珠丝杠的公称直径d0=32mm，总长L=800mm，导程Ph=6mm，材料密度?=7.85?10-3kg/cm2;移动部件总重力G=1310N；

查表4-1可知：

① 圆柱体惯量，当圆柱体围绕其中心轴线旋转时，其惯量：

J1=6.464864867 kg·cm2

② 沿直线轴移动物体的惯量： J2=1.218955873 kg·cm2

初选步进电动机的型号为110BYG2602,由常州市德利来电器有限公司生产，五相混合式步进电动机，驱动时的步距角为0.75°，从表查得该型号的电动机转子的转动惯量J0=15kg·cm2。