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运动并实现进给，这就要求选择功率很大的电动机，而这就导致电动机有很大的结构尺寸，如果采用联轴器进行连接，势必会增加侧铣头的结构尺寸，从而导致侧铣头重量的增加浪费原材料。而采用同步带传动，可以将电动机放置在侧铣头结构以外，这不但会减小侧铣头的结构尺寸，同时也大大降低了原材料的使用；除此之外，采用同步带传动，还具有传动比准确，传动效率高，噪音小的优点。这符合经济环保的要求。为保证加工精度，在这部分设计中，主轴采用高精密主轴B50-190。
为了实现横向进给运动，也初步考虑了两种方案：一、采用电动机通过联轴器与滚珠丝杠螺母副连接带动水平滑枕运动；二、采用电动机通过同步带与滚珠丝杠螺母副带动水平滑枕运动。如果采用联轴器连接的方式，就要将电动机及联轴器安置在水平滑枕的尾部，而一个大功率的电动机有很大的重量，这样就会导致水平滑枕尾部承受很大的重力，从而产生很大的扭矩，这对实现水平滑枕的运动精度、定位精度产生影响，并会导致摩擦性能的降低，而且为实现设计要求，水平滑枕需要有很长的结构尺寸，如果在将电动机放置在水平滑枕尾部，这就增加了整体机床的安装空间；而采用电动机通过同步带与滚珠丝杠螺母副带动水平滑枕运动的方式，可以将电动机放置在垂直导轨上，这无疑可以减少安装空间，而且合理利用空间。之所以采用滚珠丝杠螺母副进行传动，是因为它具有摩擦损失小，传动效率高；摩擦阻力小，动静摩擦力之差极小，因而运动灵活、平稳、低速时不易产生爬行、且磨损小、精度保持性好、寿命长；丝杠螺母之间进行消隙或预紧，可以消除反向间隙、市反向无死区，定位精度高、轴向刚度大；传动具有可逆性，即能将旋转运动转换为直线运动等优点，此设计中采用的滚珠丝杠螺母副是BNFN 5020-2.5。
对于主轴电动机的选择，初步选用西门子公司生产的风冷式交流感应电动机。对于伺服进给电动机，初步选用西门子公司生产的自冷式三相交流同步伺服电动机。交流伺服电动机结构简单、体积小、制造成本低；其没有电刷和换向器，不需要经常维护，没有直流伺服电动机因换向火花影响运行速度提高这种限制。
为了提高水平滑枕的X方向定位精度，在该方向上安装直线光栅尺进行位置检测并构成闭环控制系统。闭环控制系统可以消除整个系统的误差，包括机械系统的传动误差等，其控制精度和动态性能都比较理想，但是系统结构复杂，安装和调试比较麻烦，成本高。
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第三章 伺服系统机械部分设计计算
3.1 滚珠丝杠副的选择计算
3．1．1 已知参数
丝杠的公称直径50mm，导程20mm，螺纹长度1245mm，BNFN5020-2.5。
3．1．2 切削力的确定
按照立铣（不对称顺铣）计算各向分力，如下图所示：已知主切削力Fc?5000?N?
图2.1 铣头受力示意图
取 Fa?0.4Fc?0.4?500?0200?N0? FH?0.8Fc?0.8?500?0400?N0?
?N? Fve?0.8?Fc?0.8?5000?40003．1．3 滚珠丝扛螺母副的设计、计算 （1） 计算进给牵引力Fm
作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因此其数值的大小与导轨的类型有关，此处为贴塑矩形导轨，则Fm?N?的计算公式为：
Fm=KFx + f'?Fz+Fy+G? (3.1)
其中，
Fx、Fy、Fz—各向切削分力，?N?；
G— 移动部件的重量，?N?；
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f?— 导轨上的摩擦系数，随导轨形势而不同，取0.05； K— 考虑颠覆力矩影响的实验系数，取1.1。
Fm=KFx + f' ?Fz+Fy+G? =1.1 ?2000 + 0.05 ??4000?4000?1000?9.8? =3090?N?（2）计算最大动负载C
选用滚珠丝杠副的直径d0时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载C，可用下式计算：
3C?Lf?Fm (3.2)
式中：L—寿命，以10为一单位，
L?60?n?T106
61000vsn—丝杠转速，（r/min），用下式计算n?
Svs—为最大切削力条件下的进给速度（m/min），可取最高进给速度的1/2～1/3； S— 丝杠导程，（mm）；
n—丝杠转速，（r/min），
T—为使用寿命，?h?，对于数控机床取T=15000h；
fw—运转系数，见下表。
运转系数
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运转状态 无冲击运转 一般 运 转 有冲击运转 运转系数 1.0～1.2 1.2～1.5 1.5～2.5 全套设计（图纸）加扣扣 194535455
计算：
n?1000vs1000?5＝＝250r/min S2060?n?T60?250?15000＝＝225 106106 L?C?3Lf?Fm?3225?2.5?3090?47?KN?计算结果小于丝杠额定动载荷72.5KN，满足要求。
（3）传动效率计算
滚珠丝杠螺母副的传动效率η： η?tanr (3.3)
tan(r??)式中： η —摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数f?0.003～0.004，摩擦角η约为10',即0.1667°
r— 丝杠螺旋升角
丝杠中径 d?52.7mm
r?acrtanS20?acrtan = 6.8880° ?d??52.7 ??tanrtan6.8880? = = 0.976
tan(6.8880??0.1667?)tan(r??)（4）刚度计算
滚珠丝杠副的轴向变形会影响进给系统的定位精度及运动的平稳性，因此应考虑以下引起轴向变形的因素： 丝杠的拉伸或压缩变形量?1：
在总的变形量中占的比重较大，可以用计算方法确定。
先用下式计算滚珠丝杠受工作负载Fm的作用引起导程S的变化量?L?mm?在计算滚珠丝杠总长度上的拉伸或压缩变形量?1（两端固定）：
?L??Fm?S4EF (3.4)
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式中，
?L—在工作负载Fm作用下引起每一导程的变化量，（mm）；
Fm— 工作负载，即进给牵引力，?N?； S—滚珠丝杠的导程，（mm）；
E— 材料弹性模数，对钢E?20.6?104（Nmm2）；
F—滚珠丝杠截面积（按内径确定）（mm2） “+”号用于拉伸，“-”号用于压缩。
?L??Fm.S3090?20?4????0.52?10?mm? 5214EF4?2.06?10??42.9??4计算滚珠丝杠在总长度上拉伸或压缩的变形量?1
?L5.2?10?5?1?L??1245?0.00324?mm? （3.5）
L020式中：L—滚珠丝杠在支承间的受力长度，?mm?。
根据《实用机床设计手册》滚珠丝杠副的传动刚度主要由丝杠本身拉压刚度，丝杠副内的接触刚度，轴承和轴承座刚度，因此近似取拉压刚度的1/3(变形近似为拉压变形的3倍)。
3?1?3?0.00324?0.0097?0.02?mm?，
?mm?。 符合要求定位精度?0.005/3003.2 进给伺服系统传动计算
3.2.1电动机选择
1、初选电动机和减速器
（a）电动机和减速器参数
电机西门子1FK7101-5AF7：额定转速3000r/min，最大输出静力矩27?N.m?，额定转矩15.5?N.m?，自身惯量0.00799Kg.m2。
减速器：LP155-M01，转动惯量0.002573Kg?m2，i?5。 （b）转动惯量的计算
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加工中心侧铣头结构设计
