xxxx大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 工作台转动惯量，由文献[10]5-5得：
JT?(v2?n)2M?10?6?(S2)M?10?62? (4-11)
式中：M——工作台质量（包括工件质量）。
v——工作台移动速度，vmax?2.25m/min。 S——丝杠螺距，S?6mm。
n——杠转速，nmax?1500r/min。
代入上式得：JTmax?0.24kg?cm2
J??JM?JS?JT?6.76kg.cm2
(4-12)
JM/J??3.5/6.84?0.51根据实践经验，JM/J?有一个惯性匹配问题不JM/J?能太小，否则机床动态特性将要取决于负载特性但是JM/J?的比值过大的话，是不经济的。故选用SMF-L15-0.3-3A3型步进电机完全满足惯量匹配要求。 4.4.2 负载力矩的计算等
进给步进电机的选择和计算：机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算。
1、计算快速空载启动时电动机所需转矩力矩 （1）快速空载启动加速力矩Ma，由文献[10]5-5得：
Ma?J?n9.6T
(4-13)
式中：J?——传动系统折算到电机轴上总的转动惯量。
n——电动机转速，r/min，当n?n3时计算Mamax。
T——系统时间常数，s。
代入上式得：Mamax?3.52N?m （2）摩擦力矩Mf，由文献[10]5-5得：
26
xxxx大学机电工程学院本科毕业设计（论文） Mf?F0S?10?3(4-14) 2??i
式中：F0——导轨摩擦力,空载时f2?52.64N。
S——丝杠螺距，S?6mm。
i——齿轮传动比，电机与丝杠直接相连，i?1。
?——传动链总效率，一般??0.70?0.85取??0.8。
代入上式得：Mf?0.67N?m
（3）附加摩擦力矩M0，由文献[10]5-5得：
M0?FamaxS(1??02)?10?3(4-15) 2??i
式中：Famax——最大轴向载荷，Famax?Fmax?321.28N。
S——丝杠螺距，S?6mm。
i——齿轮传动比，电机与丝杠直接相连，i?1。
?——传动链总效率，一般??0.70?0.85取??0.8。
?0——滚珠丝杠未预紧时的效率， ?0?0.977。
代入上式得：M0?0.017N?m。
快速空载启动时电动机所需转矩力矩，由文献[10]5-5得：
M?Mamax?Mf?M0 (4-16)
式中：Mamax——空载启动时折算到电机轴上的加速力矩，Mamax?3.52N?m。
Mf——折算到电机轴上的摩擦力矩，Mf?0.67N?m。
M0——由于丝杠预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩，M0?17447N?m。
代入上式得：M?4.207N?m 2、计算最大切削负载电动机所需力矩
（1）最大切削负载启动加速力矩Ma，由文献[10]5-5得：
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xxxx大学机电工程学院本科毕业设计（论文） Ma?J?n9.6T
(4-17)
式中：J?——传动系统折算到电机轴上总的转动惯量。
n——电动机转速，r/min，n?n2时计算Mat。
T——系统时间常数，s。
代入上式得： Mat?0.63N?m （2）切削力矩Mt，由文献[10]5-5得：
MtS?3t?F2??i?10 式中：Ft——进给方向最大切削力，Ft?259.98N
S——丝杠螺距，S?6mm。
i——齿轮传动比，电机与丝杠直接相连，i?1。
?——传动链总效率，一般??0.70?0.85取??0.8
代入上式得： Mt?0.31N?m
最大切削负载电动机所需力矩，由文献[10]得：
M?Mat?Mf?M0?Mt 式中：Mat——最大切削负载启动加速力矩，Mat?0.63N?m。
Mf——折算到电机轴上的摩擦力矩，Mf?0.67N?m。
M0——由于丝杠预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩，Mt——切削力矩，Mt?0.31N?m。
代入上式得：M?1.63N?m 3、快速进给时电动机所需转矩
M?Mf?M0 式中：Mf——折算到电机轴上的摩擦力矩，Mf?0.67N?m。
M0——由于丝杠预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩，28
(4-18) (4-19)
M0?0.017N?m (4-20)
M0?0.017N?m。
xxxx大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 代入上式得：M?0.68N?m
经验算得，快速空载启动时电动机所需转矩力矩，最大切削时负载电动机所需力矩，快速进给时电动机所需转矩都小于所选步进电机的额定转矩，故选用SMF-L15-0.3-3A3型步进电机完全满足惯量匹配要求。
29
xxxx大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 5 刀具设计
5.1刀具材料的选择
花岗岩维氏硬度在7-7.5之间，硬度很大属于难加工材料，常用的金属切削刀具不适用与花岗岩的切割。参照目前已有的花岗岩切削加工，花岗岩的切割一般选用用人造金刚石刀片进行切削加工，考虑到开出的直槽有一定的形状和位置精度要求，需要刀具切削部分要有较好的形状保持性。普通的人造金刚石刀片难以满足要求。经调查，有直接用激光焊接技术将人造金刚刀头以青铜为粘结剂焊接在45钢刀体上。人造金刚石层厚度在40mm左右。这种刀具切削效果较好，能够满足加工要求。采用切割的法加工凸台。
5.2 刀具切削部分尺寸设计
5.2.1切削部分
采用切割法加工直槽，成都切削任务的部分为焊接由人造金刚石刀头的圆形刀具外圆部分。考虑到开槽加工所开出的直槽有一定得形状和位置精度要求，使凹槽的加工误差不至于给下一步锥台的成型加工造成定位上的困难，这就要求刀具应该有较高的形状精度和安装位置精度，同时刀具还要有较高的强度和韧性， 5.2.2冷却
本设计中采用外冷却方式，冷却液由循环泵从机床下方的沉淀箱中抽取沉淀后的清水，通过管道直接冲刷切削部位。为了使切削液能够顺利的排出、收集，故此需要在工作台表面开有10?10mm的凹槽用于引导切削液的快速流出，同时方便了切削液的会后利用。 5.2.3 联接部分
刀具与主轴之间采用普通平键联接。在刀具上开有键槽，在主轴上的平键与其配合联结，方便安装、更换刀具。 5.3 .3刀具切削部分尺寸设计
在开槽加工之前坯料为300?300?30mm的花岗岩石板，开槽加工后的成品由图5-1
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