论文总字数：18208字

摘 要

数控转台是机床生产的一项重要附件，数控转台的性能的优劣会直接影响到机床的整体加工性能。本论文完成了工作台面为Φ200mm的数控转台，并对转台的伺服驱动及传动、关键部件的静态分析、转台轴承的静态分析等关键技术进行了重点研究。。

在本论文中，详细地介绍了课题的背景与意义，以及数控转台的研究现状和发展趋势，并对课题的研究内容进行具体的阐述，便于读者了解与借鉴。本文采用了蜗轮蜗杆的啮合传动实现对加工精度的提高；在设计工作台时，根据设计要求，使用PRO-E软件实现对工作台的三维建模，并根据设计数据对模型进行有限元分析，将实际计算结果与理论设计结果相对比，从而实现合理优化设计结果的功能。

此次由于采用的为常见的深沟球轴承，因此要根据静力学的基本原理建立轴承的仿真模型，采用三维制图软件PRO-E建立轴承模型，并采用Ansys Workbench 仿真软件对轴承进行静力学分析和疲劳分析，从而得到轴承的使用寿命、容易失效的关键部位、原因以及解决方法。

关键词：数控转台；静力学分析；疲劳分析；Pro-E；Ansys Workbench

Research on design and key components of NC rotary table

Abstract

NC rotary table was an important attachment of a machinge tool,the performance of a NC rotary table will affect the overall quality of the machine tool directly.The NC rotary table which owns a Φ200mm workbench platform was designed in this paper,large research work has been done on the key technologies such as the static features of the rotary table’s servo drive components and other key components and also the static character istics of the turntable bearing.

In this article, the background and significance of the topic , research status and development trend of the NC rotary table were introduced in detail .And on the topic research content of detail and make it easier for readers to understand and use for reference.The worm gear cylinder and worm cylinder transmission improve the machining accuracy.Using Pro-E software to establish the 3D model of workbench with foundation design and compare the calculated results with the theoretical results.In order to optimize the design results,using the design data of the model to finite element analysis.

This design used the common deep groove ball bearing.In order to establish the simulation model of the bearing with the basic principles of statics,the 3D mapping software Pro-E was used to establishe the model.Using Workbench Ansys simulation software to carry on the static analysis and the fatigue analysis to the bearings.And we will know the service life of the bearings,the failure of key parts,causes and solutions.

Keywords: NC turntable; Static analysis; Fatigue analysis; Pro-E; Ansys Workbench

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 数控转台的研究现状与发展趋势 1

1.2 课题的研究目的与意义 2

1.3 课题的主要研究内容 2

第二章 数控转台的总体结构设计 4

2.1 确定传动方案 4

2.1.1 合理的传动方案应满足的要求 4

2.1.2 各个典型传动方式的特点 4

2.1.3 传动方案的确定 4

2.2 直流伺服电机的选择 5

2.2.1 直流伺服电机的特点 5

2.2.2 确定直流伺服电机的额定功率 5

2.3 选择数控回转台类型 6

2.4 本章小结 8

第三章 数控转台的三维建模 9

3.1 三维建模软件Pro/E 9

3.2 数控转台零件的三维建模 9

3.2.1 蜗轮蜗杆的参数化建模 9

3.2.2 轴承的三维建模 11

3.2.3 数控转台的总体装配模型 12

3.3 本章小结 14

第四章 轴承和工作台的静力学分析 15

4.1 有限元分析软件Ansys Workbench 15

4.2 静力学分析理论基础 15

4.3 轴承6001的静力学分析 15

4.3.1 启动Workbench 软件并建立分析项目 15

4.3.2 添加材料库 16

4.3.3 添加材料库 16

4.3.4 添加接触类型 17

4.3.5 划分网格 17

4.3.6 施加载荷和约束 18

4.3.7 设置求解项 19

4.3.8 求解并显示分析结果 20

4.4 轴承6003的静力学分析 22

4.5 工作台的静力学分析 23

4.5.1 分析过程 23

4.5.2 分析结果显示 23

4.6 本章小结 25

第五章 轴承的疲劳分析 26

5.1 关于疲劳分析的理论基础 26

5.1.1 疲劳的定义 26

5.1.2 对零部件进行疲劳分析的缘由 26

5.2 对轴承6001进行的疲劳分析 26

5.2.1 关于疲劳分析所需添加的相关材料数据 26

5.2.2 插入疲劳分析工具 29

5.2.3 设置疲劳计算项 29

5.2.4 开始进行疲劳计算 30

5.2.5 查看计算结果 30

5.2.6 分析结果 33

5.3 对轴承6003进行的疲劳分析 33

5.4 本章小结 35

第六章 总结与期望 36

6.1 总结 36

6.2 期望 36

致谢 37

参考文献 38

第一章 绪论

1.1 数控转台的研究现状与发展趋势

随着全球经济和工业的飞速发展，人们对制造业产品的加工质量要求也越来越高。为了在未来工业发展中占得先机，德国提出了“工业4.0”战略计划，中国政府也在实施“中国制造2025”强国战略。机床尤其是高端数控机床作为工业发展的基础和桥梁，其技术水平直接决定了国家工业的发展。只有拥有了先进的数字制造装备，掌握了数字制造装备技术，制造水平才能得到有效支撑和保障。因此无论是欧美等工业化极为发达的国家，还是中国、印度等发展中国家，都无不对本国的机床技术发展有着高度重视。总而言之，机床可以说是一个国家制造业水平的象征^[1,2,3]。

先进的数控机床离不开先进的功能部件的支持，数控转台作为数控铣床、加工中心等设备的核心功能部件，它的技术是否先进直接影响机床的性能。目前市场上主要的数控转台有机械传动式数控转台和力矩电机式数控转台。机械传动式转台（如图1.1所示）具有定位精度高、扭矩大、成本低等优点，被广泛的应用于各类大型加工中心，蜗轮蜗杆的加工制作要求较高，也限制了这类转台的广泛使用，相对而言，力矩式电机数控转台（如图1.2所示）加工精度高，转速快，工艺简单，但是成本较高。并且同等类型数控转台，在精度方面国内外的产局也非常大，因此，为了提高数控转台的加工精度，控制其成本，提高我国数控装备技术水平，作为工程技术人员需要在技术上有所创造和革新。

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