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摘 要
斜床身臥式數控車床在機床產品中是比較實用機床。其結構設計帶來很大的方便，保證工件質量的同時提高了加工效率。目前，斜床身臥式數控車床在我們國家普遍使用。斜床身數控機床在我們國家普遍適應，更多的是用于汽車、軍工等精密加工中。
該機床型主要適用在加工高精度的零部件。比如軸類、盤類、套類，以及各種類型各種型號的內外螺紋，在加工外形和內孔過程中間不必換裝。該機床適用于多類型、批量不是很大的工件的加工，對于一些加工困難、要求高的零部件上能夠充分顯示出它的特點。以滿足不同用戶的加工需要，可以根據不同的需求，加工不同品種的工件，可以配置不同的結構設計以及加工方式。
在本文中進行了對斜床身臥式數控車床的設計，其中包括機床的床身、傳動系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)、尾座等，著重對傳動結構中的主傳動結構和進給傳動結構進行設計。主軸相連的伺服電機用皮帶把運動傳到主軸上，帶輪及同步齒形帶與主軸用鍵聯接。而進給運動，即車床上X、Z向的運動則通過絲杠運轉，絲杠都通過兩端固定的方式固定，一端都通過聯軸器與伺服電機相連。
關鍵詞：滾珠絲杠；伺服電機；臥式；數控車床；斜床身
ABSTRACT
Slant bed horizontal series CNC lathe is an economic and practical processing machine tools,mature product structure,quality stable and reliable performance. it sets the versatility and the characteristics of the special lathe, using inclined bed ball linear guide. The most widely coverage of a CNC machine tool, widely used in automobile, petroleum, military industry and many kinds of mechanical processing industry.
This series of machine varieties complete specifications, are mainly used for machining high precision of rotors type parts such as shaft, plate, set of classes, all kinds of internal and external thread and high precision. it can be finished once clamping appearance and inner hole machining.In order to meet the processing needs of different users;According to the needs of users, optional different numerical control system and accessories.
In this article has carried on the design of slant bed horizontal CNC lathe, including the machine tool bed, transmission system, tool post system, tailstock. Of the transmission system of main drive system and feed drive system design.The main servo motor through a belt drive the movement to the spindle, the spindle on the pulley and the synchronous cog belt wheel and spindle by linkage.And feed movement, namely lathe on X, Z to exercise by screw, screw fixed with both ends fixed way, end are connected to the servo motor through the coupling.
Key words：ball screw；servo motor；horizontal type；Distributed Numerical Control（DNC）；Slant bed
目 錄
摘要………………………………………………..…….….…………….............................I
ABSTRACT…………….……………………..……………...............................................II
1 前言……….…………………………………………….…........................……………..1
1.1 斜床身臥式數控車床的設計背景...........................………….………….………..1
1.2 斜床身數控車床設計的國內外背景..........……….........…….………….………..1
1.3 斜床身數控車床設計的目的.................................................................................1
1.4 斜床身數控車床設計的內容.................................................................................2
2 機床總體方案設計........................……..….………………………….…..….………….3
3 機床各系統(tǒng)的設計….…..….………................................................................................4
3.1 床身………………....................…………………………………………………..4
3.2 傳動系統(tǒng)的設計……....……………………….………………...………………..5
3.2.1 主傳動系統(tǒng)設計………....…………………….…………………………...5
3.2.2 進給傳動系統(tǒng)設計…………………………….…………………………...6
3.3 主軸的要求及結構……....…………....……….………………...………………..8
3.4 刀架系統(tǒng).………………................…...............................................................................9
3.5 刀架系統(tǒng)..............................................................................................................................9
4 機床各系統(tǒng)機械部分設計計算................................................................................................10
4.1 切削力計算……………………...................………………...………………….10
4.2 滾珠絲杠螺和選型…………………………...……………...………………….10
4.2.1 縱車外圓的計算…………………………….………………………....….10
4.2.2 橫向進給的計算…………………………….………………………......13
4.3 軸的結構設計計算…………………......…...……………...…………………...15
4.3.1 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度….......…………....…...15
4.3.2 軸上零件的周向定位…...................................................…………....…...16
4.3.3 確定軸上圓角和倒角尺寸…...........................................…………....…...16
4.3.4 帶立式座外深溝球軸承的校核…...................................…………....…...17
4.3.5 鍵的校核….......................................................................…………....…...20
4.3.6 軸的校核….......................................................................…………....…...21
4.3.7 校核軸的強度…...............................................................…………....…...21
4.4 伺服電機的選型和計算…………......……...……………...…………………...21
4.4.1 等效轉動伺服電機的計算…...........................................…………....…...21
4.4.2 電機力矩計算…...............................................................…………....…...22
5 結論......................……….………….……………………..….……...…..….………...25
參考文獻......................…………….…………………..….…..……………….………….26
致謝......................………………….……………………..…….…………...…………….27
27
1 前言
1.1 斜床身臥式數控車床的設計背景
現在一些精密的零件都會用機床來進行加工，在工件的制造加工中，機床給我們的工作帶來很大方便。機床行業(yè)的發(fā)展方向很明確，越來越精密，越來越自動智能[1]。我們國家與一些工業(yè)發(fā)達的國家比較而言，我們國家相對于他們還相差很多很多。我們國家機床發(fā)展起步晚，發(fā)展的速度慢，以及科技含量比較低，導致了與發(fā)達國家有一定的差距。在制造加工中，零件的尺寸變得很細致，一些精密程度變得很苛刻，迫使對加工工具進行深入改革、創(chuàng)新。在工件加工中，尤其是對一些復雜精密的零件加工中，斜床身數控機床表現出了它的優(yōu)點，并得到了大家的認可，在機床行業(yè)中普遍認同，受到了各國加工行業(yè)的普遍認可，在此基礎上它發(fā)展的很快，很好。
1.2 斜床身臥式數控車床的國內外狀況
我們國家機床發(fā)展起步晚，發(fā)展的速度慢，以及科技含量比較低，導致了與發(fā)達國家有一定的差距。這種機床在我們國家比較低端，發(fā)展的不夠成熟，不夠完善。所以,我們國家應極力著眼于這類機床的發(fā)展，從而帶動其他類型機床的發(fā)展。從我們國家目前機床行業(yè)發(fā)展來看，機床的造價太高，研究比較表面，沒有高科技的含量，沒有我們自己的東西。機床在出現一些小毛病的時候，整個機床都會停止工作，影響到工件的加工效率。這種情況使得我國數控車床在國際市場,和多樣化的今天是很難占據了重要的地位,因此拉大與發(fā)達國家的科研設計制造的差距。我們要正確面對我們國家目前所處的困境與問題，從主要問題出發(fā)，攻堅克難，逢山開路，遇河架橋，發(fā)揮不怕困難的精神，打造我們自主產品的優(yōu)點與特點[2]。將我們打國產機床在世界機床行業(yè)中打造成優(yōu)等產品，占據一席之地，敢于先進發(fā)達國家的機床產品相媲美，相抗衡。
1.3 斜床身數控車床設計的目的
首先這是一次畢業(yè)設計，只有在這次設計過程，認真學習，積極查閱資料。對自己的設計課題進行深入的研究，并有自己的構思，自己的想法，在機械設計手冊以及參考文獻的幫助下完成自己的這次設計才能夠順利的畢業(yè)。其次，我們在大學四年的時間里，對我們的專業(yè)課有了很好地熟悉與學習，通過這次設計，我們可以查缺補漏，對我們所學的只是進一步鞏固，更好運用在今后的工作與生活中。
1.4 斜床身數控車床設計的內容
其設計內容包括車床箱體、傳動零部件部分、主軸、工作臺、刀架系統(tǒng)、尾架等部分的設計工作。在傳動系統(tǒng)設計中主要是對滾珠絲杠的設計選型，安裝方式以及在傳動系統(tǒng)中的作用于安置。
2 機床總體方案設計
這次設計的任務是斜床身臥式數控車床的結構設計，整體方案采用45度（常見的傾斜角度有45°、60°、75°等）后置斜床身布置，這樣的設計方便工人師傅在加工過程裝夾零部件，當然更有利于對加工屑進行排除。在機床中都會包含以下幾部分，主軸、進給系統(tǒng)、刀架、尾座等，結構如圖2.1所示：
圖2.1 斜床身臥式數控車床結構圖
設計要求和參數的擬定如表2.1所示：
表2.1 機床設計參數
機床名稱
斜床身臥式數控車床
床身
最大工件回轉直徑/mm
400
最大工件長度/mm
1000
最大切削長度/mm
930
最大切削直徑/mm
400
滑板上最大回轉直徑/mm
210
進給
X軸坐標進給速度/（mm/min）
3600
Y軸坐標進給進度/（mm/min）
4500
主軸
主電機功率/kw
7.5
主軸最高轉速/（r/min）
1400
機床最小設定單位/mm
0.01
刀架
刀架形式
電動多工位立式刀架
重復定位精度/mm
≤0.01
尾架
最大行程/mm
150
精度
定位精度（X/Z）/mm
0.045/0.05
重復定位精度（X/Z）/mm
0.010/0.015
加工工件精度
IT6～IT7
3 機床各系統(tǒng)的設計
3.1 床身
在機床種最主要的也是最基礎的就是床身，是最基本的部分。在床身上將會放置機床中的各個組件以及組裝各個零部件。在構思床身的結構時候主要從兩方面考慮：一是機床各個零部件在床身上的安放位置以及方式，二是其本身的制造材料。
床身的結構一般由放置其上面的組件位置來設計構思的。在機床行業(yè)中，一般把車床劃分兩大類型--臥式的和立式的。在車床中臥式的又可由導軌的安置方向分為兩大類型:傾斜導軌的和水平導軌的[3]。在一些加工行業(yè)中大都采用的是傾斜導軌的機床，使用其的主要有以下原因：一是便于實現機電一體化；二是便于很好的排屑，并且便于自動排屑器的安裝；三是從工件上切下來的熾熱切屑很方便的排到了排屑箱里，不會積留在導軌上，保證了導軌的精度；四是人機設計好，工人方便操作等。床身的材料在選擇上一般采用普通鑄鐵。
圖3.1 斜床身結構側視圖
另外，車床的導軌具有很多優(yōu)點，如接觸剛度大、結構簡單、加工方便。我們之前采用的普通導軌有很多不足的地方：摩擦阻力較大，容易磨損。在追求高質量，更好的表現，更高的加工效率，更好的加工表現，在條件許可的范圍內，我們選用表現更好的滑動導軌，比傳統(tǒng)的導軌更優(yōu)秀[4]。選材上，因淬硬合金鋼耐磨性較高，所以制造導軌的材料使用淬硬合金鋼材料。綜合以上因素，將GCR15軸承鋼淬硬到HRC65-62加工導軌，再利用外在的約束把導軌安裝在它所在的位置，更好地增加其硬度。
3.2 傳動系統(tǒng)的設計
在機床中傳動系統(tǒng)都有很大的共同之處，無論是斜床身臥式數控車床還是普通的車床，都可以分為進給傳動系統(tǒng)和主軸傳動系統(tǒng)。
3.2.1 主傳動系統(tǒng)設計
在目前的機床行業(yè)中大都采用較先進的無極變速系統(tǒng)。無級變速自研發(fā)出來使用到現在，在使用的過程中不斷改進，不端增加科技含量，如今技術已經比較成熟。車床中的主軸電機一般采用伺服電機，這樣與編碼器相配合，更能來控制主軸的轉速，達到加工要求。伺服電機與主軸之間才有帶傳動，提高傳動效率[5]。如圖3.2（a）所示，或者通過帶傳動來帶動主軸旋轉，如圖3.2（b）所示。因為主軸電機采用的是伺服電機，所以速度很容易被控制和調節(jié)，這樣就會使主軸的速度以及主軸箱的結構變得很簡單。斜床身臥式數控機床在加工零件的過程中，速度是很不固定，經常會改變其主軸的轉速來加工不同的表面以及結構，這樣才會發(fā)揮其加工復雜精度高的優(yōu)點以及特點。在加工零件之前都會先把加工程序編制好，輸入數控機床的微電腦中，來控制電機以及刀具來對材料進行加工。在加工過程中就會按照程序來按部就班的進行，所以無級變速更能適合此處的要求，發(fā)揮無級變速的優(yōu)點。如圖3.2（c）所示：
（a） 變速齒輪 （b） 帶傳動 （c） 電機直接驅動
圖3.2 電動機主軸傳動的方式
采用皮帶將主軸伺服電機和主軸連接起來進行傳遞動力，這種傳動方式與其他傳動方式相比，這樣就會很大的提高了軸部件的剛度，是主軸轉動更平穩(wěn)，更能達到比較好的加工效果。根據設計要求以及設計任務，可以把主軸電機的型號進行選擇出來。
據要求電動機的功率是7.5kw,根據《機械設計手冊》附表選,額定功率7.5kw,額定轉速1500r／min，額定轉矩5.0N/m。
3.2.2 進給傳動系統(tǒng)設計
在進給傳動的構思以及方案制定時一定要充分照顧到本機器所要面對的工件尺寸以及運動范圍。在設計時根據事前的調查以及分析計算合理地規(guī)劃和設計本部分。在對工件進行車削的過程中，進給系統(tǒng)對其所采用的方式以及車削的效果起著舉足輕重地作用[6]。所以這一部分一定要嚴格要用設計思想去規(guī)劃和設計。在加工過程中，刀架不但要延X向運動，還要延Z向運動，所以刀架的設計要考慮它的運動方向以及幅度。
工作臺的運動方式以及運動方式也是設計時必須要考慮的，因為在加工的過程中，它也要延X向和Z向不時的移動來帶動刀架來回運動從而對零部件進行車削加工。所以我在這兩個方向的進給上采用的是滾珠絲杠，利用滾珠絲杠可以保證進給的準確性以及平穩(wěn)性。這樣才能夠使工件被加工的更好，得到令人滿意的效果[7]。利用滾珠絲杠來帶動這兩個方向的運動就會變得更輕松，更靈活。在滾珠絲杠的安裝時可以對其先預緊，通過這種方式消除自重產生的變形。如下圖3.3（a）（b）和圖3.4所示：
（a） 橫向進給系統(tǒng)
（b） 縱向進給系統(tǒng)
圖3.3 橫向和縱向進給系統(tǒng)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1-絲杠 2-套筒聯軸器 3、7-錐銷 4-螺母 5-墊圈 6-支架 8-支架套 9-進步電機
圖3.4 伺服電機與絲杠的聯接
滾珠絲杠在進給系統(tǒng)中廣泛的運用，是因為它能改變進給的運動方向，獲得多方向的進給。
滾珠、螺桿和螺母是滾珠絲杠的三大組成部分[8]。利用滾珠絲杠可以把旋轉運動轉化為直線運動，更好地運用到機床結構中，滾珠絲杠設計與運用的重要意義是把軸承從滾動運動轉變成了滑動運動。現在滾珠絲杠在很多的精密設備中被應用，是因為它具有摩擦阻力十分小的特點。
在一些精度要求高的機械中大都都會采用滾珠絲杠，因為它會滿足精度要求。除此之外，它還會改變進給的運動方向，獲得多方面的進給，來滿足加工要求。
1）與滑動絲杠副相比驅動力矩為1/3
在傳動系統(tǒng)中如果采用了滾珠絲杠，驅動力就會是其他傳動方式的三分之一，因為它有滾珠在滾動。相當于是用了滑動絲杠副1/3的力矩達到了相同的效果[9]。
2）高精度的保證
滾珠絲杠副在制造加工過程中，無論是在技術標準上還是在加工條件上都采用和執(zhí)行的是世界上最先進最嚴格的技術要求。正是因為在這嚴格的條件下，使用目前最先進的加工設備，才加工制造出了現在這種具有高精度的滾珠絲杠副。
3）微進給
正是由于在滾珠在滾珠絲杠副中滾動,才使得滾珠絲杠在加工過程中能夠實現精密的微進給,避免了爬行現象的出現。
4）無側隙、剛性高
在滾珠絲杠副上加上預緊壓力,就可以大大的降低軸向間隙，從而變得無間隙無側隙,因而滾珠絲杠就可獲得很好的剛性。
3.3 主軸的要求及結構
（1）主軸的要求
1）旋轉精度
在傳動系統(tǒng)中，主軸的旋轉精度要求很高，這就要求在主軸裝配完成后，對主軸的旋轉精度進行檢測，保證無載荷的情況下的徑向跳動和軸向跳動。
2）靜剛度
在對工件進行車削的過程中為了保證工件所被車削的精度，從而對主軸上地靜剛度規(guī)定很嚴格苛刻[10]。在主軸組件中很多原因可在運轉中影響主軸的剛度，原因有很多，在眾多的原因中最主要的還是主軸的結構尺寸，滾動軸承的型號、數量、配置形式。
3）抗振性
在加工過程中如果出現了震動的現象，就會產生很多對工件不利的影響。然而主軸的這種不良現象受到很多原因影響。比如其靜剛度、零部件的分布等一些因素。
4）溫升和熱變形
大家在學習物理知識是就學到了物體的形狀和尺寸受溫度的改變而改變。在加工過程中，在刀具與工件的摩擦中以及主軸的旋轉過程中會使部件的溫度上升，受熱膨脹，從而使得組件變形，偏離原本的位置，偏離加工軌跡，對零件的精度產生誤差，甚至加工的零件作廢。所以一定要考慮到這一點，保證材料在受熱的情況下變形最小，從而保證零部件的加工精度[11]。達到更好的加工效果。
5）耐磨性
機床在加工過程中很多時候是長時間的，不間斷的，所以這就要求其耐磨性一定要好。精度受很多因素影響，首先就是軸承對其產生很大的影響[12]。除此之外還有夾具對其產生的影響。為了避免上述問題的產生，要將主軸上的一些部位淬硬至HRC60左右，這樣才能有效地提高其耐磨性。
6）材料和熱處理
主軸在選材時一般不把強度作為依據。主軸上的尺寸以及主軸的直徑取決于零部件在其上安裝位置以及軸肩的位置、尺寸。當這些尺寸都定下來以后，主軸的尺寸也就定了下來[13]。因此，在選擇材料是主要考慮到主軸的材料能夠在溫度影響下產生的形變最小，一定要滿足這個要求，才能使主軸在旋轉的過程中更穩(wěn)，達到更好的加工效果。目前，在主軸地加工制造中，常常采用45號或60號優(yōu)質中碳鋼作為主軸上加工型號。然后材料在加工完畢之前，則應該對材料進行調質處理和淬火。
（2）主軸的結構
在其材料確定后，其次就要要對它的主要的尺寸來構思，來制定方案，來決定它的加工方式及方法。主軸通常制造成階梯形，還有軸肩，這樣更方便裝配。主軸上一些零部件根據主軸上的軸肩位置進行裝配，再加上軸套以及定距環(huán)使得其他零部件在主軸的位置是固定的。在主軸加工時，通常是把主軸加工成中空的，這樣會通過頂錐或者是棒料。在車床的主軸中中空比其他的機床大一些，但由于剛度條件的影響和限制，在加工時孔徑應該保持在外徑的70%以內[14]。
3.4 刀架系統(tǒng)
刀具是放置在刀架結構上的，而不是單獨裝夾在床身上的。因此，刀架的設計也要考慮到刀具的進給活動所必須的要求。在某種程度上，一個車床的刀架設計的水平和先進科技性可使機床的性能得到很好的提升。在車床加工過程中，刀架是直接對工件進行車削加工的，正是因為它與工件進行直接接觸，所以在加工過程中受到很大的切削抗力。因此，剛度和強度在設計和構思前要充分的分析和研究[15]。因為刀具直接與工件接觸，直接對工件進行去材料加工，所以對刀具位置的要求很嚴格。不僅要做到這些，還要在刀架的設計過程過程中做到以下幾點：不僅要考慮到刀架的材料與刀具的位置，還要考慮到安全性問題，在換刀的過程一定要保證刀具的轉換安全，不可對工人的安全造成威脅。
3.5 尾座
目前的機床的設計和使用中上一般都使用的是液壓型尾座。把尾座安裝在導軌上，通過導軌的滑動作用，在上面往返滑動，滑動的位置由工件的長度以及位置來確定。大家都知道，車床上尾座是用來裝夾住頂尖，從而能夠來頂住尺寸較長的工件。還有在工件要求鉆孔、攻絲的時候，也可以把鉆頭裝夾在尾座上，來進行加工[16]。尾座的材料要用1級鑄鐵，并要經過時效處理。
4 機床各系統(tǒng)機械部分設計計算
4.1 切削力計算
縱車外圓時：
= =5360(N) （4.1）
——車床床身最大加工半徑，單位 mm。
求出主切削力后，由 = 1 : 0.25 : 0.4
可求出：走刀方向的切削力 = 1340 N
垂直走刀方向的切削力= 2144 N
橫切端面時：
主切削力：可以取縱切時的1/2。所以=1/2 = 2680 N
同理= 1 : 0.25 : 0.4
可得：走刀方向的切削力 = 670 N
垂直走刀方向的切削力 = 1072 N
4.2 滾珠絲杠螺母副選型
在設計滾珠絲杠螺母副的的時候應該著重對一下幾方面進行一下構思：首先是滾珠循環(huán)的方式，其次再是其預緊方式。除此之外的要求就是考慮到：外徑、導程和精度等級等。
4.2.1 縱車外圓的計算
(1)計算進給率引力
燕尾型導軌：
(4.2)
式中——切削力
G——移動部件的重量（N）
K——考慮顛覆力矩影響的實驗系數，此處K=1.4
——導軌上的摩擦系數，此處= 0.2
帶人數據得 = 1.4 × 1340 + 0.2 × (5360 + 2 × 2144 + 800 ) =2272 N
(2)計算最大動載荷
最大動載荷：
(4.3)
式中——工作壽命，單位106r，
——絲杠轉速，
——最大切削力條件下的進給速度（m/min），此處取=0.6
——絲杠導程，（mm），=6mm
——使用壽命，（h），對數控車床取=15000h
——運轉系數，此處為一般運轉，根據《機械設計手冊》表6-2-34可知一般運轉時取1.3。
帶入數據可得:絲杠轉速 =50r/min
工作壽命 =45
最大動載荷 =10505.6N
根據求出的條件查表可得：
采用外循環(huán)螺紋預緊的雙螺母滾珠絲杠副,其額定動載荷為16400N,螺 距為40mm,精度等級為3級。
(3)傳動效率計算
傳動效率：
(4.4)
式中——絲杠螺旋長升角，型滾珠絲杠副為 2°44′。
——摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數=0.003-0.004，其摩擦角約等于10′。
代入數據可得
=
=0.94
(4)剛度校驗
①絲杠的拉伸或壓縮變形量
查《機械設計手冊》表6-3-23，據=2272N，=40mm，知:=1.2×10-5(mm)則
=1.2×10-5×1000=1.2×10-2(mm) （4.5)
由于兩端用角接觸軸承和深溝球軸承，對絲杠螺母進行了拉伸，剛度可提高四倍，則變形量縮小為：=0.3×10-2。
②滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量
查《機械設計手冊》表5-3-55知，W系列2.5圈1列型絲杠副和螺紋滾道間的接觸變形量：=6.4,由于預緊,=3.2。
③撐滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形
用7304C角接觸軸承，=35mm ,滾動體直徑 =5.35mm,滾動體得數量Z=18,所以
=0.0077(mm) (4.6)
由于預緊的存在，= 0.00386 mm
綜上可得，變形量 = 0.003 + 0.0032 + 0.00386 = 0.01006 mm
故選用 型滾珠絲杠副符合要求。
(5)穩(wěn)定性校驗
滾珠絲杠在安裝的時候采用的是推力軸承，在其轉動的過程很穩(wěn)，所以不用進行穩(wěn)定性的校驗。
4.2.2 橫向進給的計算
(1) 計算牽引力之
=1.4×670+0.2×(2680+2×1072+600)=2022.8(N)
(4.7)
(2) 計算最大負荷C
絲杠轉速：
=30(r/min) (4.8)
工作壽命：
=27 (4.9)
最大負載：
=3×1.2×2022.8=7282.08(N) (4.10)
根據求出的條件查《機械設計手冊》表6-7-58可得：
采用外循環(huán)螺紋預緊的雙螺母滾珠絲杠副型1列2.5圈，其額定動載荷為8800N,螺距 為40mm,精度等級為3級。
(3) 傳動效率計算
傳動效率:
型滾珠絲杠副絲杠螺旋長升角 為4°33′，摩擦角 為10′。
故 =0.965
(4) 剛度校驗
由橫向進給的支撐方式，如圖4.1所示:
圖4.1 橫向進給支撐方式
由最大牽引力為2022.8N,支撐間距為450mm，絲杠長度較長，需母及軸承預緊，
①絲杠的拉伸或壓縮變形量
查表，據 =2202.8N，=20mm，知：=4.2×10-5 則
=4.2×10-5×450=1.9×10-2(mm) （4.11）
②滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量
查表知，W系列2.5圈1列型絲杠副和螺紋滾道間的接觸變形量:=6.4μm
由于預緊，=3.2μm。
③撐滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形
用7319C角接觸軸承，=l5mm ,滾動體直徑=4.74 mm ,滾動體得數量Z=12,
所以：
=0.0094（mm）（4.12）
由于預緊的存在：
=0.0047（mm） （4.13）
綜上可得，變形量=0.019+0.0032+0.0047=0.0269mm>定位精度
變形量：
δ=0.019+0.0032+0.0047=0.0083mm<定位精度
由此可知，將滾珠絲杠進行拉伸之后，使用型1列2.5圈絲杠副符合要求。
（5）穩(wěn)定性校驗
首先計算產生失穩(wěn)的臨界負載用下列公式：
（4.14）
式中:
E——絲杠材料彈性模量，鋼材量N/cm2
I——截面慣性矩（單位：cm4），絲杠截面慣性矩,(d1為絲杠螺紋的底徑)
——絲杠兩支撐端距離，(cm)
?z——絲杠的長度支撐系數，如表4.1所示：
表4.1 絲杠長度支撐系數
方式
一端固定一段自由
兩端簡支
一端固定一段簡支
兩端固定
0.25
1.00
2.00
4.00
本設計，絲杠采用兩端固定，故取4.00。
則：截面慣性矩：
=0.3899(cm4) （4.15）
臨界負載：
=6429.8(N) （4.16）
臨界負載與最大負載之比稱為穩(wěn)定性安全系數，如果，則絲杠不致失穩(wěn)，為許用穩(wěn)定性安全系數，一般取2.5~4。則根據以求得數據，=2.83，故橫向進給絲杠選用W1L2005型絲杠不會產生失穩(wěn)。
4.3 軸的結構設計
4.3.1 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
1）為了滿足從動端半聯軸器的軸向定位要求，A軸段上端需制出一軸肩，又因為在B段上需要安裝軸承及軸承座，故取初步取B段的直徑=40 mm；下端用軸端擋圈定位，參照標準GB/T 891-1986，按軸端直徑取擋圈直徑D=45mm。
標記為：GB/T 892 B45
從動端半聯軸器孔長度=50mm,為了保證軸端擋圈只壓在半聯軸器上而不壓在軸的端面上，故A段長度應比略短一些，現取=58mm。
2）初步選擇滾動軸承。因軸承同時承受較大的徑向力和較小的軸向力的作用，故選用深溝球軸承。同時考慮實際工作情況及安裝的方便性，選擇帶座外球面球軸承。參照B段直徑、支架套筒內徑及帶立式座外球面球軸承標準GB/T 7810-1995（表7-2-101），初步選取型號為UCP208的帶座軸承。
參照標準GB/T 7810-1995（表7-2-101）知，該帶座軸承總寬B=49.2 mm，為了安裝方便，取B段長度=60 mm。
3）由于支架套筒需要從立軸上方裝入，故支架套筒下方需要軸肩定位。又因支架套筒內徑為d=50 mm，且主要承受徑向力，故取=70 mm，=15 mm。
4）已知支架套筒內徑為d=50 mm，高度為150 mm，為了便于安裝上軸承座，取 =50 mm，=155 mm。
5）由于E段軸上只安裝帶座軸承，故E段軸尺寸同B段軸，即=40 mm，=60 mm。
4.3.2 軸上零件的周向定位
1）從動端半聯軸器與軸的周向定位。由于工作時需承受一定的沖擊及變載荷，而且在軸端處，所以采用單圓頭普通平鍵連接。按=35 mm、=58mm，參照標準GB/T 1095-2003（表5-3-18），選擇鍵的截面尺寸為：寬度b=10mm，高度h=8mm。鍵槽用鍵槽銑刀加工，由 長度并參考鍵的長度系列（表5-3-19），取鍵長為L=56 mm（比長度小些）。從動端半聯軸器與軸的配合為。
2）支架套筒與軸的周向定位。同樣由于工作時需承受一定的沖擊及變載荷，所以采用圓頭普通平鍵連接。根據立軸連接支架套筒處尺寸d=98 mm，參照標準GB/T 1095-2003（表5-3-18），選擇鍵的截面尺寸為：寬度b=14mm，高度h=9 mm。鍵槽用鍵槽銑刀加工，由支架寬度并參考鍵的長度系列（表5-3-19），取鍵長L=140 mm（比支架套筒高度小些）。支架套筒與軸的配合為。
3）滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
4.3.3 確定軸上圓角和倒角尺寸
參照標準GB/T 6403.1-2008（表1-5-10），取軸端倒角為1.645°，各軸肩處圓角半徑參照標準GB/T 6403.4-2008（表1-5-12）選取。
4.3.4 帶立式座外深溝球軸承的校核
參照標準GB/T 276-1994（表7-2-66）知，對于深溝球軸承6208，基本額定動載荷=29500N，基本額定靜載荷=18000 N（參照標準GB/T 7810-1995（表7-2-101），對于軸承UCP208，基本額定動載荷=22800N，基本額定靜載荷=8200 N），球數z=9，球徑=12 mm。
（1）受力分析
列平面任意力系的平衡方程，即
=0， =0
=0， =0
=0， =0 （4.17）
求解以上方程，得
= 550+700=1250（N）
=-5565.22（N）
=5565.22（N）
為負值，說明他的方向與假設的方向相反，即應指向左。
則軸承所受徑向載荷 =5565.22 N
軸向載荷 =1250 N
（2）校核動載荷
按照手冊公式7-2-1計算：
（4.18）
式中：——壽命因數，軸承預期壽命=5000 h，查表7-2-23，取 =2.71
——力矩載荷因數，力矩載荷較小，取=1.5
——沖擊載荷因數，中等沖擊，查表7-2-25，取=1.2
——速度因數，轉速取15 r/min，查表7-2-24，取=1.305
——溫度因數，查表7-2-26，取=1
P——當量動載荷，按式7-2-2計算
計算當量動載荷P。
（4.19）
式中：——徑向載荷，由受力分析知=5565.22 N
——軸向載荷，由受力分析知=1250 N
X——徑向動載荷系數，查表7-2-65，按下面計算取值
Y——軸向動載荷系數，查表7-2-65，按下面計算取值
1）計算
==0.965 （4.20）
2）取e的值
查《機械設計手冊》表7-2-65，根據=0.965，取e=0.28
3）計算
=0.225 （4.21）
4）取X、Y的值
查《機械設計手冊》表7-2-65，單列軸承，且0.225
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