所以,与fc对应的Mc按电机最大静转矩校核,显然满足要求.
综上所述,可选该型号步进电机,具有一定的裕量.
3、X轴圆柱斜齿轮传动设计
1）.选定齿轮精度、材料、齿数及螺旋角
（1）.选精度为7级
（2）.选小齿轮为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）,硬度为240HBS，两者硬度差为40HBS
（3）.选择齿数Z1=24，Z2=Z1×i=24×1.25＝30
（4）.选取螺旋角，初选β＝14°
2）.a）、按齿面接触疲劳强度设计
d1t>={2Kt×T1×（u＋1）×（ZHZE）2/[Φd×εa×u×[σH]2]}（1/3）
（1）.试选Kt=1.6,（由[1]表10-6）得材料弹性影响系数ZE＝189.8MPa1/2
（2）.（由[1]图10-30得）选取区域系数ZH=2.433,（由[1]表10-7）选取齿宽系数Φd＝0.3，
（3）.（由[1]图10-26）查得εa1＝0.78，εa2＝0.8，则εa＝εa1+εa2＝1.58
（4）.应力循环系数取j=1
已知V=1.0m/min，滚珠丝杠的基本导程P=5mm，则
nmax=（vmax/δ）×（α/360°）
=（1000/0.004）×（0.36/360）
=250r/min
所以N1=60njLh=60×250×1×（2×8×300×15）＝1.08×109
N2=N1/i=1.08×109/1.25＝8.64×108
（5）.（由[1]图10-19）查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.86，KHN2=0.87
（6）.（由[1]图10-21d）查得小齿轮接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa
大齿轮的接触疲劳强度极限σHlim2=550MPa
（7）.计算疲劳强度许用应力，取安全系数S=1
[σH]1＝KHN1×σHlim1/S=0.86×600/1＝516MPa
[σH]2＝KHN2×σHlim2/S=0.87×550/1＝478.5Mpa
[σH]=（[σH]1+[σH]2）/2=497.25Mpa
（8）.计算小齿轮传递的转矩T1=9.55×106Px/nx=77.9N.mm
b）、计算
（1）.试算小齿轮分度圆直径
d1t>={2Kt×T1×（u＋1）×（ZHZE）2/[Φd×εa×u×[σH]2]}（1/3）
={2×1.6×77.9×2.25/（0.3×1.58×1.25）×（2.433×189.8/494.25）2}}（1/3）
＝9.38mm
（2）.计算圆周速度v=лd1tn1/（60×1000）＝0.123m/s
（3）.计算齿宽b及模数mnt,b=Φdd1t=0.3×9.38＝2.81mm
mnt=d1tcosβ/Z1=9.38×cos14°/24=0.38mm
h=2.25mnt=2.25×0.38mm=0.855mm
b/h=2.81/0.855=3.3
（4）.计算纵向重合度εβ＝0.318×Φd×Z1×tanβ=0.318×0.3×24×tan14°=0.57
（5）.计算载荷系数K，查[1]表10-2，得使用系数KA=1.25,根据v=0.123m/s,7级精度，
由书图10-8查得动载系数Kv=1.01,（由书表10-4）查得KHβ的计算公式：
KHβ=1.12+0.18（1+0.67Φd2）Φd2+0.23×10-3×b=1.14
由b/h=3.3,（由书图10-13）查得KFβ=1.08,由（[1]表10-3）查得KHα=KFα=1.2,故载荷系数K=kAKvKHαKHβ=1.25×1.01×1.2×1.08＝1.6362
（6）.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径
d1=d1t（K/Kt）（1/3）=9.38×（1.6362/1.6）（1/3）=9.45mm
（7）.计算模数mn=d1×cosβ/Z1=9.45×cos14°/24=0.382mm
3）、a）.按齿轮弯曲强度设计
mn>={（2Kt1Yβcos2β/ΦdZ12εα）×（YFαYSα/[σF]）}（1/3）
（1）.计算载荷系数，K=KA×Kv×KFα×KFβ=1.25×1.01×1.2×1.04=1.6263
（2）.根据纵向重合度εβ=0.57，由（[1]图10-28）查得螺旋角影响系数Yβ=0.87
（3）.计算当量齿数Zv1=Z1/cos3β=24/cos314°=26.27
Zv2=Z2/cos3β=30/cos314°=32.8
（4）.由（[1]表10-5）查出,YFa1=2.592,YSa1=1.596,YFa2=2.49,YSa2=1.629,
因为（书图10-20c）小齿轮弯曲极限强度σFE1=500MPa,大齿轮σFE2＝380MPa,
（书图10-18）得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85KFN2=0.88,取安全系数S=1.1
[σF]1＝KFN1×σFE1/S=386.36MPa
[σF]2＝KFN2×σFE1/S=304MPa
（5）.计算大、小齿轮YFa1YSa1/[σF]1、YFa2YSa2/[σF]2并加以比较
YFa1YSa1/[σF]1=2.592×1.596/386.36=0.0107
YFa2YSa2/[σF]2=2.49×1.629/304＝0.013取大齿轮数据
b）.设计计算
mn>={（2Kt1Yβcos2β/ΦdZ12εα）×（YFαYSα/[σF]）}（1/3）
={2×1.6263×77.9×0.0133×（cos14°）2/（0.3×242×1.58）}（1/3）
=0.23mm
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得法面模数mn大于齿根弯曲疲劳强度计算得法面模数，取mn＝2mm，已可满足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度计算得的分度圆直径d1=48mm,来计算应有的齿数，于是有
Z1=d1cosβ/mn=48×cos14°/2＝23.28，取Z1＝24，则Z2＝i×Z1=1.25×24＝30
4．几何尺寸计算
（1）.中心距a=（Z1+Z2）mn/（2×cosβ）=（24+30）×2/（2×cos14°）＝55.65mm所以圆整为56mm
（2）.按圆整后的中心距修正螺旋角β＝arccos[（Z1+Z2）mn/2a]=arccos[（24+30）×2/（2×56）=15.395°,因β值改变不多，故参数εα、Kβ、ZH等不必修正
（3）.计算大、小齿轮分度圆直径
d1=Z1mn/cosβ=24×2/cos15.359°=49.78mm
d2=Z2mn/cosβ=30×2/cos15.359°=62.22mm
（4）.计算齿轮宽度b=Φdd1=0.3×49.78＝14.934mm所以取B2=15mm,为易于补偿齿轮轴向位置误差，应使小齿轮宽度大于大齿轮宽度，所以小齿轮约为B1=16mm
四、X轴机械结构总体设计计算
1.X轴滚珠丝杠设计计算
1）滚珠丝杠副的结构类型
（1）.滚珠循环方式
由书表5-1查得,选择外循环插管式
（2）.轴向间隙预紧方式
预紧目的在于消除滚珠螺旋传动的间隙,避免间隙引起的空程,从而提高传动精度.
由[3]表5-2查得,采用双螺母垫片预紧方式。
2）滚珠丝杠副直径和基本导程系列
由[3]表5-3查得,采用丝杠直径20mm,导程为5mm
30滚珠丝杠精度等级确定
（1）.丝杠有效行程由[3]表5-4查得le=20mm
导轨总长Lu=210+120+20=350mm所以丝杠总长Lv=350-20=330mm
（2）.精度等级根据有效行程内的平均行程允许偏差
ep=0.01/300×350×103=11.7查书表5-5得
精度等级为T3
4）滚珠丝杠副支承形式选择
滚珠丝杠主要承受轴向载荷,应选用运转精度高,轴向刚度高、摩擦力距小的滚动轴承.滚珠丝杠副的支承主要约束丝杠的轴向串动,其次才是径向约束。
由书表5-6查得,采用一端固定一端游动（F-S）支承形式.
5）滚珠丝杠副的选择
高速或较高转速情况按额定动负荷Cα≥Cαj选择滚珠丝杠副
Cαj=[（Fefw）/（fhftfafk）]×[（60Lhne）/（106）]1/3
式中Cαj--滚珠丝杠副的计算轴向动负荷（N）
Fe--丝杠轴向当量负荷（N），取进给抗力和摩擦力之和的一半.Fe=（120+0.06×120）/2=63.6N
ne--丝杠当量转速（r/min）.ne=250r/min.
Lh--丝杠工作寿命（h）.查考[3]表5-7得Lh=15000h.
ft--温度系数.查[3]表5-8,得ft=0.70.
fa--精度系数.查[3]表5-9得fa=1.0
fw--负载性质系数.查[2]表5-10得fw=0.95
fh--硬度系数.查[2]表5-11得fh=1.0
fk--可靠性系数.查[2]表5-12得fk=0.21.
计算得Caj=2.5N
6）滚珠丝杠副校核
（1）.临界压缩负荷对于一端轴向固定受压缩的滚珠丝杠,应进行压杠稳定性校核计算.
不发生失稳的最大压缩负荷称为临界压缩负荷,用Fn表示
Fn=3.4×1010（f1d24）÷（L02）×K1
式中L0–--最长受压长度.取400mm
f1--丝杠支承方式系数,F-S取2
d2--丝杠螺纹底径,查[4]3-32取17.6mm
k1安全系数，取1/3
Fn=13593N>Fmax
（2）.临界转速
ncr=9910（f22d2）/Lc2
式中f2--丝杠支承方式系数,F-S取3.927.
Lc--临时转速计算长度.Lc=0.5m.d2--丝杠螺纹底径,取17.6mm
ncr=10758.9r/min>nmax取,同时验算丝杠另一个临界值d0n=20×833=7500<70000
（3）.轴承选择校核
由[2]表6-1选择深沟球轴承6201,由[2]表6-6选角接触球轴承7001AC.
校核（略）
（4）.定位精度验算（略）
7）滚动导轨副的防护
（1）.滚珠丝杠副的防护装置,采用专业生产的伸缩式螺旋弹簧钢套管。
（2）.滚珠丝杠副的密封滚珠丝杠副两端的密封圈如装配图所示.材料为四氟乙烯,这种接触式密封须防止松动而产生附加阻力。
（3）.滚珠丝杠副的润滑润滑剂用锂基润滑剂。
2.X轴滚动导轨设计计算
导轨的功用是使运动部件沿一定的轨迹运动,并承受运动部件上的载荷,即起导向和承载作用,导轨副中,运动的一方称作运动导轨,与机械的运动部件联结,不动的一方称作支承导轨,与机械的支承部件联结.支承部件用以支承和约束运动导轨,使之按功能要求作正确的运动。
（1）选日本NSK滚动导轨,E级精度.查得,fh=1,ft=1,fc=0.81,fα=1,fw=1.
（2）寿命按每年工作300天,每天两班,每班8h,开机率0.8计,额定寿命为:
Lh=10×300×2×8×0.8=38400h,每分钟往复次数nz=8
L=（2lsnz60Lh）/（103）=（2×0.31×8×60×38400）/（103）=11428Km
计算四滑块的载荷,工作台及其物重约为110N
计算需要的动载荷Cα
P=110/4=27.5N
Cα=（fwP）÷（fhftfcfα）×（L/50）1/3=208N
由书表3-20中选用LY15AL直线滚动导轨副,其Cα=606N,C0α=745N.
（3）滚动导轨间隙调整
预紧可以明显提高滚动导轨的刚度,预紧采用过盈配合,装配时,滚动体、滚道及导轨之间有一定的过盈量。
（4）润滑与防护
润滑:
采用脂润滑,使用方便,但应注意防尘。
防护装置的功能主要是防止灰尘、切屑、冷却液进入导轨,以提高导轨寿命。
防护方式用盖板式。
五、Y轴方案及参数计算
1.Y轴步进电机参数确定及选择
Y参数选定与计算
vy=2.4m/min=0.04m/s,Fy=120N,Py=FyVy=4.8W
1）脉冲当量选择
初选五相电机，按五相十拍工作时，步矩角α=0.36°,初定脉冲当量δ=0.004mm/p，
丝杠导程tsP=4mm,中间齿轮传动比i为:
i=（αtsP）／（360δ）=0.36×4／（360×0.04）=1
由i确定用刚性联轴器.
2）等效传动惯量计算（不计传动效率）
由表3-32初选滚珠丝杠CDM2005-2.5,得到d0=20mm,l=400mm
滚珠丝杠转动惯量
Js=（πd04lρ）／32={[π
（2）4×40×7.85×10-3]／32}×10-4kg.m2=0.20×10-4kg.m2
拖板及工作物重和导轨折算到电机轴上的转动惯量,拖板及工作物重和导轨重之和约为16kg
Jw=（w/g）×（tsP／2π）2÷i2
=（16000/980）×（0.4／2π）2÷
（1）2×10-4kg.m2
=7×10-6kg.m2
因此,折算到电机轴上的等效转动惯量Je
Je=Jg1+Jw+（Jg2+Js）÷i2
=76×10-6+7×10-6+（170×10-6+20×10-6）÷
（1）2
=2.73×10-4kg.m2
2）等效负载转矩计算（以下为折算到电机轴的转矩）
由[3]式（4-7）~（4-9）可知:
Mt=[（Fy+μFx）tsP]/（2πηi）
=[（100+0.06×120）×0.004]/（2π×0.8×1）
=0.08541N.m
Mf=（FftsP）/（2πηi）
=（μWtsP）/（2πηi）
=（0.06×17×9.8×0.004）/（2π×0.8×1）
=0.008N.m
上述式中η—丝杠预紧时的传动效率取η=0.8μ为摩擦系数取0.06
nmax=（vmax/δ）×（α/360°）=（1000/0.004）×（0.36/360）=250r/min
取起动加速时间tα=0.03s
初选电动机型号75BF006A,其最大静转矩Mjmax=1.98N.m转动惯量Jm=0.7×10-4kg.m2fm=1450Hz
故
M0=（Fp0tsp）÷（2πηi）×（1-η02）
=（1/3Fytsp）÷（2πηi）×（1-η02）
=[（1/3）×100×0.004]÷（2π×0.8×1）×[1-（0.9）2]
=0.005N.m
式中Fp0—滚珠丝杠预加负荷,一般取Fy/3
Fy—进给牵引力（N）
η0—滚珠丝杠未预紧时的传动效率,取0.9
J=（Je+Jm）=2.8×10-4kg.m2
Mα=（Je+Jm）（2πnmax）/（60tα）=3.43×10-4×（2π×250）÷（60×0.03）=0.2992N.m
Mq=Mαmax+Mf+M0=0.2992+0.008+0.005=0.3122N.m
Mc=Mt+Mf+M0=0.0854+0.008+0.005=0.0984N.m
Mk=Mf+M0=0.008+0.005=0.013N.m
从计算可知,Mq最大,作为初选电动机的依据.
Mq/Mjmax=0.16满足所需转矩要求.
4）步进电机动态特性校验
Je/Jm=3.9<4说明惯量可以匹配
电机惯量最大起动频率fL=fm/（1+Je/Jm）1/2=655Hz
步进电机工作时最大空载起动频率和切削时最大工作频率
fq=vmax/（60δ）=1000/（60×0.004）=4167>fL
fc=v1max/（60δ）=100/（60×0.004）=417所以,与fc对应的Mc按电机最大静转矩校核,显然满足要求.
综上所述,可选该型号步进电机,具有一定的裕量.
2.Y轴联轴器选择
联轴器除联接两轴并传递转矩外，有些还有补偿两轴因制造和安装误差而造成的轴线偏移的功能，以及具有缓冲、吸振、安全保护等功能。
因此要根据传动装置工作要求来选定联轴器类型。
本方案选型号为GY3型的凸缘联轴器。
六、Y轴机械结构总体设计计算
1.Y轴滚珠丝杠设计计算
1）滚珠丝杠副的结构类型
（1）滚珠循环方式
由书表5-1查得,选择外循环插管式
（2）轴向间隙预紧方式
预紧目的在于消除滚珠螺旋传动的间隙,避免间隙引起的空程,从而提高传动精度。
由书表5-2查得,采用双螺母垫片预紧方式。
2）滚珠丝杠副直径和基本导程系列
由书表5-3查得,采用丝杠直径20mm,导程为4mm
3）滚珠丝杠精度等级确定
（1）丝
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