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摘 要

数控转台是卧式加工中心的主要功能部件，其性能优劣直接影响整机的性能。本论文完成了Tk62800数控转台支承机构的三维设计,并利用Abaqus软件进行有限元分析。

首先，了解数控转台的各组成部分，并对数控转台的支撑部分进行了简单的结构分析，明确了所需的部件，并对其尺寸大小进行计算校核。

然后通过Pro-E制图软件，将设计好的二维图纸进行三维绘制，并进行组装，检查干涉确定设计的可行性。

根据静力学基本原理建立工作台的仿真模型，利用Abaqus仿真软件对工作台进行静力学分析并和设计要求进行比较，验证虚拟仿真模型的正确性。

通过有限元分析，本次设计的部件都基本满足设计要求。

关键词：数控转台 有限元分析 静力分析 支承结构 三维设计

three-dimensional design of supporting structure in Tk62800 NC rotary table

ABSTRACT

NC rotary table is the main functional part of the horizontal processing center, its performance directly affects the machine’s overall performance. The three-dimensional design of Supporting structure in Tk62800 NC rotary table was completed in this paper.And Abaqus simulation software was used to do the a statics analysis.

First of all, all parts of NC rotary table were known, and simple structure analysis was made to the supporting part of the NC rotary table , the sizes of all parts were checked by calculation to make sure they are right.

Then by using the Pro - E drawing software, the three-dimensional drawings were finished according to the 2D drawings ,all parts were assembled , the interference was checked to determine the feasibility of the design.

According to the basic principles of statics, a simulation model of table was established. Using Abaqus simulation software, a statics analysis of the table was made and was compared with the design requirements to testify the correctness of the simulation model.

Based on the finite element analysis, all parts that we designed meet the requirements of the design.

Key words: CNC rotary table;The finite element analysis; Static analysis;Supporting structure;three-dimensional design

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 数控转台的介绍 1

1.1 转台的介绍 1

1.2 转台的分类 1

1.3 新型数控转台 2

1.4 国内外数控转台发展概况 4

第二章 数控转台支承结构的结构分析 6

2.1数控转台的结构组成 6

2.2 数控转台支承部分的结构分析 7

第三章 关键零部件的校核计算及干涉检查 11

3.1 三维CAD介绍 11

3.2 三维造型 13

3.3 校核计算 16

3.3.1轴的设计要求和设计步骤  16

3.3.2 轴的强度 17

3.4 干涉检查 19

第四章 有限元优化 21

4.1 有限元软件介绍 21

4.1.1 三种主流有限元软件 21

4.1.2 选择ABAQUS的原因 23

4.1.3 用有限元分析进行工程分析时的一般过程 25

4.2 零部件静力分析 25

第五章 总结与展望 32

5.1总结 32

5.2 展望 32

参考文献 33

致谢 34

第一章 数控转台的介绍

1.1 转台的介绍

数控转台是加工中心、数控铣床、数控铣镗床等数控机床的重要功能部件之一。数控转台作为数控机床的重要附件，更确切地说是四轴以上数控机床的关键功能部件一，可以直接作为机床的工作台使用，也可以安装在机床工作台上作为机床的第四轴使用，安装在工作台上的两轴转台甚至可以使普通三轴加工中心提升为可实现空间任意形状加工的五面体加工中心。数控转台安装于各类加工中心，配合完成机床的各种加工要求，扩大了机床的加工范围，提高了机床的加工精度，并大大提高了机床的加工效率。可以说数控转台的广泛应用发展对于整个机床加工工业的发展有着深刻的影响，是机床工业发展水平的重要体现^[1~2]

随着数控转台的各项技术的成熟与创新，国内数控转台以较快的速度发展。进入21世纪以来，随着国家“高档数控机床与基础制造装备”专项的启动，更是极大地推动了机械装备工业的发展，“高速、精密、复合、智能化”的机床发展进程得到了进一步加速。作为数控机床的功能附件的数控转台，同样受到了重视.作为数控机床的功能附件的数控转台，同样受到了重视，高速直驱数控转台、高精数控转台、大型重载数控转台、浸油式数控转台等几种数控转台直接列入了国家重大专项的开发计划之内^[3]。

高档数控机床与基础制造装备隶属于国家中长期科学和技术发展规划(2006-2020 )提出的七大新兴产业之一:高端装备制造产业的范畴^[4]。为了紧跟高档数控装备的发展步伐，满足日益增长的加工需求、更为严苛的加工要求以及提高工作效率，数控转台的发展趋势:从性能角度看，承载能力强、转速高、分度精度高是将来数控转台的发展方向，新材料的应用和技术创新将带领数控转台行业走上新的台阶。此外，延伸产品规格，拓宽应用领域也是重要的发展趋势。在功能形式上，两轴联动和多轴并联回转的数控转台会更受用户的青睐^[5]。

1.2 转台的分类

数控转台的发展是从手动旋转台发展而来，经机械传动式数控转台，目前先进机床上主要采用的是力矩电机式数控转台，其结构简单，精度较高，是未来转台的发展趋势^[6~7].早期的转台普遍采用手动式控制形式，通过结合分度盘控制机构，从而实现转台的分度定位操作。这种结构形式控制形式简单，在加工中心上料转台及一些对加工精度不严格要求的转台中，可采用这种结构形式的转台。然而，手动式转台的缺点也是显而易见,由于需要人工干涉进行转台的定位，不仅工作量大，加工误差较之也会难于控制。

现在机床市场上较为常见的是机械传动式数控转台，这类转台普遍采用蜗轮蜗杆式传动形式，并通过伺服电机带动蜗杆旋转。机械传动式数控转台内部多采用端齿盘(又称鼠牙盘、分离盘)结构来保证角度定位的精度这类转台定位精度较高，能提供较大的扭力 矩成本也较低，因而被广泛应用于各类加工中心，尤其是多轴及各类大型加工中心。同时，由于这类转台采用机械式传动形式，因此不可避免的存在磨损;关于这类转台，其内部蜗杆蜗轮以及端齿盘的加工制造均有严格要求，因此其加工工艺较为复杂。力矩电机式数控转台是通过采用力矩电机直接驱动转台旋转，并通过编码器对电机的转角进行反馈控制，其加工精度较高，转速快，加工扭矩根据电机磁极对数及磁隙的不同有所差异。这种直驱式数控转台由于省却了传动机构，工艺性上更容易实现，同时也避免了传动副所带来的磨损，目前这类转台正被广泛应用于一些快速加工中心中。直驱式数控转台的发展代表了未来转台的发展趋势，但由于这类转台目前成本还较高，目前多用于高精度、高效数控机床领域^[8~10]。

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