《机构运动与仿真》课程论文：机床回转工作台的设计与仿真

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1、《机构运动与仿真》课程论文《机构运动与仿真》课程论文题目：基于原动件为样条曲线运动规律的机构仿真——机床回转工作台的设计与仿真专业：机械设计制造及其自动化学号：姓名：联系电话：2011年12月重庆汽车学院11《机构运动与仿真》课程论文基于原动件为样条曲线运动规律的机构仿真——机床回转工作台的设计与仿真摘要：回转工作台是数控机床的主要组件之一，它的平衡控制对于工件的加工精度和加工质量有着重要的影响。回转工作台的运动由交流侍服电机通过带轮带动蜗轮蜗杆系统，使工作台旋转。在机床回转工作台中，蜗轮蜗杆调隙结构属于关键部件，文章中介绍了使用双螺距渐厚

2、蜗杆机构来消除蜗轮副的侧隙，并且运用了Solidworks及插件COSMOSMotion实现了机床回转工作台的三维实体造型和运动仿真，运用COSMOSXpress进行了简单的有限元分析和优化。关键词：Solidworks机床回转工作台设计仿真有限元分析1.背景1.1机床回转工作台1.1.1定义与分类数控机床以其高自动化、高效率、高精度在现代工业生产中占据极其重要的地位。回转工作台是带有可转动的台面、用以装夹工件并实现回转和分度定位的机床附件，简称回转工作台或第四轴。多数加工中心都配有回转工作台，以实现使零件一次安装即可完成多个面的加工和任意

3、分度。机床回转工作台按功能的不同可分为通用回转工作台和精密回转工作台两类。通用回转工作台是镗床、钻床、铣床和插床等重要附件，按结构不同又分为水平回转工作台、立卧回转工作台和万能回转工作台。精密回转工作台用于在精密机床上加工或角度计量。常见的有光学回转工作台、数显回转工作台和超精密端面齿盘回转工作台。1.1.2结构与工作原理机床回转工作台模型如图1所示，主要由蜗轮、蜗杆、工作台、主轴、标准件等零件组成。其工作原理简述如下：回转工作台的运动由交流侍服电机驱动圆柱齿轮传动（或直接驱动带轮），带动蜗轮蜗杆系统，使工作台旋转。当机床回转工作台接到数控

4、系统的指令后，启动交流侍服电机，按数控指令确定工作台的回转方向、回转速度及回转角度大小等参数。11《机构运动与仿真》课程论文图1机床回转工作台模型1.2机构仿真技术发展现状用Adams等软件对汽车进行运动仿真研究是目前汽车机构设计分析的主要手段之一，但由于此类机构仿真软件学习难度较大，建立的仿真模型与工程制图脱节，因而主流三维CAD软件大多不采用专业仿真软件进行运动分析。在主流三维CAD软件中，UG、Solidworks、Pro/E等均能够实现机构仿真。其中，Solidworks是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，同时也是

5、销量最高的3D软件。Solidworks软件中的COSMOSMotion是一款功能强大的三维运动与动力学仿真插件。使用COSMOSMotion插件可以添加约束、驱动力、工作阻力及设置运动等，建立仿真模型，从而实现对机器进行运动和动力学分析。目前，机构仿真技术呈现以下发展特点：1.2.1跟随计算机技术发展随着计算机技术在软硬件方面的发展，大型工程软件系统开始呈现简化模型、减少模型解藕的趋势，力求在模型和算法上保证仿真的准确性。1.2.2平台化、智能化平台化要求仿真工具能够提供建模、运算、数据处理与传递等仿真过程中需要的全部功能。智能化要求仿真

6、工具能够提供更加友好的操作界面，智能化的求解器和模型管理。1.2.3丰富的二次开发选项仿真工具能够在强大的工具平台上，根据自身需要进行二次开发，满足不同用户的专业开发要求。2机床回转工作台的设计2.1驱动电机的选择11《机构运动与仿真》课程论文工作台回转电机的选择是机床回转工作台设计的重要内容，选择时需要考虑传动比计算、电动机额定转速、传动效率计算、工作台摩擦力矩、电动机轴上的总惯量等，同时要对选择的电机进行校核。本文主要设计机床回转工作台结构设计，对电机的选择不再讨论。2.2工作台的结构布置机床回转工作台的结构设计如图2所示，为了尽可能的

7、简化机构，舍弃一级齿轮减速机构，直接由电机带动带轮，驱动蜗轮蜗杆机构，实现工作台旋转。图2机床回转工作台结构布置2.3蜗轮蜗杆机构的造型2.3.1蜗轮造型通过对草图的旋转和切除，形成图3所示的无轮齿的蜗轮零件，然后绘制轮齿，通过圆周阵列绘制多个轮齿，经渲染完成蜗轮的造型，如图4所示。图3无轮齿的蜗轮零件图4造型完成的蜗轮2.3.2蜗杆造型通过对草图的旋转形成蜗杆轴（如图5)，然后绘制蜗轮的一个齿廓（圆），绘制螺旋线，设定高度和螺距，同时绘制草图并切除扫描，再利用线性阵列绘制第二条齿廓，旋转切除。最后渲染完成蜗杆的造型，如图6。11《机构运动

8、与仿真》课程论文图5蜗杆轴图6造型完成的蜗杆2.4机床回转工作台的装配装备过程中插入的零件依次为底座、轴承、工作台、蜗轮、销、螺栓（圆周阵列）、主轴、螺钉、盖、螺母、垫圈、螺塞、