步进电动机：步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线位移)的电磁装置，是一种特殊的电动机。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入肘步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。在电动机定子上有A、B、C三对磁极，磁极上绕有线圈，分别称之为A相、B相和C相，而转子则是一个带齿的铁心，这种步进电动机称之为三相步进电动机。如果在线圈中通以直流电，就会产生磁场，当A、B、C三个磁极的线圈依次轮流通电，则A、B、C三对磁极就依次轮流产生磁场吸引转子转动。
直流伺服电动机具有：①稳定性好；②转向取决于控制电压的极性，控制电压为零时，转子惯性很小，能立即停止； ③响应迅速，机械特性和调节特性都是线性的，而且不存在“自转”现象；④控制功率低，损耗小；⑤转矩大；⑥机械特性和调节特性都是线性的，而且不存在“自转”现象等特点。
交流伺服电动机：输出或输入为交流电能的旋转电机，称为交流电机，它实际上就是两相异步电动机，所以有时也叫两相伺服电动机。交流伺服电动机的机械特性是非线性的，电容移相控制时非线性更为严重，而且斜率随控制电压的变化而变化，这会给系统的稳定和校正带来困难。机械特性很软，低速段更软，负载转矩变化对转速影响很大，而且机械特性软会使阻尼系数减小，时间常数增大。从而降低了系统品质。若交流伺服电动机设计参数选择不当，或制造工艺不良，在单相状态下会产生“自转”而失控，而且其电动机的转子电阻相当大，所以损耗大，效率低，电动机的利用程度差。除此之外交流伺服电动机结构简单，维护方便，运行可靠，适宜于不易检修的场合使用。
伺服电机是根据负载条件来选取的。加在电机轴上的负载主要有两种:负载扭矩和负载惯量，其中负载扭矩包括切削扭矩和摩擦扭矩。负载扭矩应小于所选择电机的额定扭矩，负载扭矩与加速扭矩之和应等于所选择电机的最大扭矩。加速扭矩应考虑负载惯量和电机惯量的匹配，同时还应考虑连续过载时间在所选电机的允许范围内，负载快速运动时所需的电机转速应在电机的最高转速之内。这样可使电机在机床的伺服系统中工作性能得以充分发挥。
从上述三种电动机的比较可知，直流伺服电动机是自动控制系统中具有很高的优越性。所以在 CK440 立式数控车床的进给系统中使用直流伺服电动机。
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2.4确定脉冲当量
脉冲增量插补是行程标量插补，每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，它是衡量数控机床加工精度的一个技术参数。立式数控车床常采用的脉冲当量是0.01～0.005mm/step。根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/step。
2.5进给系统的传动要求及传动类型的选择
2.5.1进给系统的传动要求
数控机床进给传动装置的精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度。为此，数控机床的进给传动系统必须满足:（1）传动精度高；（2）摩擦阻力小；（3）运动部件惯量小。
2.5.2传动类型的选择
数控机床进给传动系统的基本传动方式常用的有两种：滚珠丝杠螺母副和静压丝杠螺母副。
1.滚珠丝杠螺母副
在数控机床上，将回转运动与直线运动相互转换的传动装置一般采用滚珠丝杠螺母副。其特点是：传动效率高，一般为η=0.92～0.98；传动灵敏，摩擦力小，不易产生爬行；使用寿命长；具有可逆性，不仅可以将旋转运动转变为直线运动，亦可将直线运动变成旋转运动；轴向运动精度高，施加预紧力后，可消除轴向间隙，反向时无空行程；因此，在数控机床上得到了广泛的应用，是目前中、小型数控机床的常见的传动方式。
2.静压丝杠螺母副
其特点是：摩擦系数小，仅为0.0005，；平稳性高；反向间隙小；但是，静压丝杠螺母副应有一套供油系统，而且对有的清洁度要求高，如果在运动中供油忽然中断，将造成不良后果。
由以上比较，根据要求，纵向进给传动系统采用滚珠丝杠螺母副的传动方式。
2.6电机与丝杠联接方式的选择
滚珠丝杠螺母副与电动机的联接的型式主要有三种： 1.联轴器直联接
这是一种最简单的连接型式.这种结构型式的优点是:具有最大的扭转刚度；传动机构
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本身无间隙,传动精度高,而且结构简单,安装、调整方便，适用于像中小型号的数控车床。联轴器采用挠性联轴器，它能补偿因同轴度及垂直度误差引起的“干涉”现象.采用这种挠性联轴器把电动机与丝杠直接联接，，不仅可以简化结构，减少噪声，而且可以消除传动间隙，能减少中间环节带来的传动误差,提高传动刚度。
2.通过齿轮联接
这种调整方法的优点是可以在齿轮的齿厚和周节变化的情况下,保持齿轮的无间隙啮合；但是结构比较复杂,轴向尺寸大、传动刚度低、传动平稳性较差，一般用于精度要求低的机床中。
3.通过同步齿形带联接
同步齿轮带传动具有带传动和链传动的共同优点,与齿轮传动相比它结构更简单,制造成本更低,安装调整更方便。并且传动不打滑、不需要大的张紧力； 但是在同步齿形传动设计时对材料的要求很高。
在满足机床要求的前提下，通过对比本课题采用通过联轴器联接电机与丝杠副，这是一种简单的联接形式具有大的扭转刚度，制造成本低，传动精度高，而且结构简单，安装调整方便。
2.7 进给系统的一些其它要求
滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，因此必须装有防护装置。如果滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的侧面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝杆副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈防护，密封圈装在螺母的两端。接触式的弹性密封圈采用耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状；接触式密封圈的防尘效果好，但由于存在接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它采用硬质塑料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反，并稍有间隙，这样可避免摩擦力矩，但防尘效果差。工作中应避免碰击防护装置，防护装置一有损坏应及时更换。另外对滚珠丝杠安装处应进行削边。
第三章 伺服电动机的具体计算选择
在第二章初步确定了进给驱动电动机的类型为：直流伺服电动机。现在具体确定其型号规格。
3.1电动机的选型要求
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伺服电动机的选择是根据负载条件来进行的，加在电动机轴上的负载有负载转距和负载惯量两种，负载转距包括切削转距和摩擦转距。选择伺服电动机应能满足下述条件：
1.根据负载转距选择电机，负载转距应小于或等于电动机额定转距。最大切削负载转距不得超过电动机的额定转距折算到电动机轴上的最大切削负载转距。
2.电动机的转子惯量应与负载惯量相匹配，通常要求转子惯量不小于负载惯量。但也不是转子惯量越大越好，因转子惯量越大，总的惯量就越大，加速性能受影响。为了保证足够的角加速度，以满足系统反应的灵敏度，将不得不采用转距过大的电动机和它的控制系统。
3.快速移动时，转距不得超过电动机的最大转距，当执行部件从静止状态加速到最大移动速度时，所需要的转距最大。但选择电机时，是按照负载转距小于额定转距，电动机转子惯量与负载惯量的合理匹配，执行部件的快速转距小于电动机的最大转距三个要素来考虑的。根据负载转距的计算，切削转距加上摩擦转距，应小于或等于电动机的额定转距。
4.加速转距应等于最大转距减去负载转距。在空载时，加速转距应等于最大转距减去摩擦转距，其差值等于全部惯量（电动机+负载惯量）乘于加速度斜率。
3.2 电动机工作方式的确定
电动机工作时会发热，它不仅取决于负载的大小，也和负载持续的时间的长短密切相关，这是选择额定功率时必须考虑的。按电动机的不同发热情况，可以分为三种工作方式（或称工作制），即连续工作方式、短时工作方式和断续周期性工作方式。
CK516立式数控车床其工作时间一般较长，温升可以达到稳定值，电机的负载可能是恒定或大小基本恒定的常值负载或变化负载，因此属于连续工作方式。
3.3 电动机型号的确定
伺服电机是根据负载条件来选取的。加在电机轴上的负载主要有两种:负载扭矩和负载惯量,其中负载扭矩包括切削扭矩和摩擦扭矩。负载扭矩应小于所选择电机的额定扭矩,负载扭矩与加速扭矩之和应等于所选择电机的最大扭矩。
加速扭矩应考虑负载惯量和电机惯量的匹配,同时还应考虑连续过载时间在所选电机的允许范围内,负载快速运动时所需的电机转速应在电机的最高转速之内。这样可使电机在机床的伺服系统中工作性能得以充分发挥。
根据其负载特性和快速性， CK440 系列加工中心Z轴的伺服电动机选用AC数字经济型电机αC22/1500驱动，该电机的具体规格及参数如下所示：
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型号：A06B-0145-B177；转速：1500rpm；额定转矩：22Nm；功率：1.5KW。
3.4运动部件惯量及扭矩计算
3.4.1 机床主要参数
主切削力： P=1500Kg=15000N
纵向进给力： PX =1500×0.4=600Kg=6000N 纵向快速： V=1.2m/min 动件总重量： W=250Kg 丝杠螺距： S=8mm 加减速时间： t=0.03s 3.4.2 惯量计算 由已知以下数据：
05027丝杠 J1=0.006306Kg.m2 05026套 J22=0.000164Kg.m 联轴器 J3=0.00026Kg.m2 轴承 J2
4=0.000715 Kg.m 滑板 J5=0.00042 Kg.m2 得：
J总=（J1+J2+J3+J4+J5)/i2 =（0.006306+0.000164+0.00026+0.000715+0.00042）/1 =0.00796kg.m2其中：i为降速比；i=1.
查电机αC22/1500惯量J电=0.012 Kg.m2 惯量比：J总/J电=0.00796/0.012=0.663 结论：惯量比对立式车床可用。 3.4.3快速进给所需扭矩计算 1.克服磨擦力所需扭矩 M0P1?F2??
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