成都学院学士学位论文（设计）本科毕业设计题 目 减速器壳体旋转钻夹具设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 年级 2011级 指导教师 职称 2015 年 5 月 14 日减速器壳体旋转钻夹具设计专 业：机械设计制造及其自动化 学 号学 生： 指导教师： 摘要：旋转钻夹具回转工作台是机械加工中专用的机床附件，用于镗床，铣床，钻床等需要多面转位加工的工件。传统分度回转工作台操作不便，而且分度只限于单面规定的角度,难以满足一些多面转位分度工件的加工要求。本课题利用单片机控制技术、步进电动机控制技术对分度回转工作台进行了数控化改造，设计了一种自动分度旋转钻夹具回转工作台，并实现多面转位控制。它一方面以单片机为控制核心，通过控制脉冲分配器向步进电机发送脉冲, 驱动步进电动机带动蜗轮蜗杆实现对工件的回转分度，一方面通过换向阀控制气缸进行多面转位分度。相对于传统机械分度头，操作方便，分度精度高，加工效率大大提高。关键词：自动分度回转工作台；齿轮传动；蜗杆传动；单片机控制The Design of ReducerShell Rotary DrillingFixtureSpecialty：Machine Design & Manufacturing Student Number：201110111537and their AutomationStudent： Wangjian Supervisor： Zhu DaqingAbstract：Rotary drillingfixture rotary table is commonly used in machining machine tool accessories, for boring, milling, drilling, etc. need more processing of the workpiece surface translocation. Traditional indexing rotary table to maneuver, but only some of the provisions of sub-degree angle, it is difficult to meet some special requirements indexing workpieces. Control technology for the use of this topic, stepper motor control technology to sub-degree rotary table for the NC transformation, design of an automatic indexing rotary table. It MCU to control the core, by controlling the pulse distributor to send pulses to the stepper motor, stepper motor drives the worm gear drive to achieve sub-degree rotation of the workpiece, as opposed to traditional mechanical dividing head, easy operation, high precision indexing, The processing efficiency is greatly improved.Key words：Auto-Indexing Rotary Table; Gear Transmission; Worm drive; SCM control目 录绪论11 工作台方案设计31.1 回转体系统方案设计31.1.1 回转体系统原理及总体框图31.1.2 回转体系统传动系统方案31.1.3 回转体系统控制系统方案41.2 夹具体系统方案设计51.2.1 夹具体系统原理及总体框图51.2.2 夹具体系统传动系统方案51.2.3 夹具体系统控制系统方案62 工作台传动系统设计82.1 工作台设计82.1.1 回转体设计82.1.2 夹具体设计92.2 传动比及参数确定92.2.1 传动比设定92.2.2 步进电机最大回转速度及频率102.2.3 步进电机分度精度102.3 步进电机选择102.3.1 步进电机启动力矩计算112.3.2 步进电机最大转速122.3.3 步进电机最大频率122.3.4 步进电机型号122.4 气缸选择122.4.1 气缸输出力计算132.4.2 气缸行程132.4.3 气缸活塞速度142.4.4 气缸型号142.5 齿轮传动设计142.5.1 齿轮的材料及类型142.5.2 按齿面接触疲劳强度设计尺寸142.5.3 确定齿轮的主要参数与主要尺寸152.5.4 校核齿根弯曲疲劳强度162.6 蜗杆传动设计172.6.1 蜗杆传动类型182.6.2 蜗轮蜗杆的材料182.6.3 按齿面接触疲劳强度设计182.6.4 蜗轮蜗杆主要参数与几何尺寸192.6.5 校核齿根弯曲疲劳强度202.7 轴的设计212.7.1 轴1的设计212.7.3 轴2的设计222.7.3 主轴的设计222.7.4 蜗杆轴的设计222.8 键的选择232.8.1 键联接类型232.8.2 键连接的尺寸232.9 轴承的选择242.9.1 轴承的类型242.9.2 轴承的尺寸242.9.3 滚动轴承的密封装置253 工作台控制系统设计263.1 控制系统元器件选择263.1.1 单片机选择263.1.2 I/O接口芯片选择273.1.3 存储器选择283.1.4 译码器选择293.1.5 地址锁存器选择303.2 控制系统电路设计313.2.1 主控电路设计313.2.2 I/O接口电路设计31结论33附录34参考文献42致谢43II 成都学院学士学位论文（设计）绪 论中国数控分度回转工作台产业发展出现的问题中，许多情况不是很乐观，如产业结构的不合理、产业集中于劳动力密集型的产品；技术密集型的产品明显落后于发达工业的国家；生产要素决定性作用正在被削弱；产业能源消耗较大、产出率较低、环境污染较严重、对自然资源的破坏力大；企业总体规模又偏小、技术创新能力的薄弱、管理水平较落后等。 从什么角度分析中国数控分度回转工作台产业的发展状况？以什么方式评价中国数控分度回转工作台产业的发展程度？中国数控分度回转工作台产业的发展定位和前景是什么？中国数控分度回转工作台产业发展与当前经济热点问题关联度如何诸如此类，都是数控分度回转工作台产业发展必须面对和解决的问题中国数控分度回转工作台产业发展已到了岔口；中国数控分度回转工作台产业生产企业急需选择发展方向。 中国数控分度回转工作台产业发展研究报告阐述了世界数控分度回转工作台产业的发展过程，分析了中国数控分度回转工作台产业发展的现状和差距，开创性的提出了“新型数控分度回转工作台产业” 及替代品产业的概念，在这基础上，从四个方面即“以人为本”、“创新科技”、“友好环境”和“面向未来”准确地限定了“新型数控分度回转工作台产业” 及替代性产品的内涵。根据“新型数控分度回转工作台产业” 及替代产品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国数控分度回转工作台产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都市圈的数控分度回转工作台产业发展进行了全面的研究。60 年代以来，跨国公司推动的产业全球化发展使得国际分工和国际贸易格局发生了改变，加工贸易成为全球化产业发展的本质要求。在全球化背景下，对于发展中国家而言，产业升级成为在全球化产业链条中由劳动密集环节向资本和技术密集环节逐步提升的过程。由跨国公司推动的加工贸易的发展，为发展中国家切入全球高新技术产业链条，实现产业升级提供了便捷路径。其中分度回转工作台的运用得到了广泛推广，各种新型工作台不断被引进，同时我国也自主研制和开发了一批适用、高效性的分度回转工作台。本次设计的意义是设计出一套结构简单、实用性强、精度系数比较高的自动分度回转工作台，并能满足生产和加工的需要。分度回转工作台作为数控机床中的一个非常大的部分，研究其设计、制造过程是非常有实际的工程应用价值。数控工作台的应用非常多，而数控工作台像自动分度回转工作台的研究必然有着其实际的意义。本次设计主要内容包括：1. 旋转钻夹具工作台总体方案设计；2. 旋转钻夹具工作台传动系统设计；3. 旋转钻夹具工作台控制系统设计；4. 总装加工动画模拟。1 工作台方案设计1.1 回转体系统方案设计旋转钻夹具回转体系统部分主要实现精确分度，保证加工质量，所以对这部分的设计是本次设计的核心，下面来介绍一下这部分主要内容。1.1.1 回转体系统原理及总体框图回转体系统工作原理是采用单片机控制步进电机带动回转体系统回转，通过键盘和显示屏幕发送指令给单片机，控制脉冲分配器向步进电机发送脉冲，步进电机直接带小齿轮，经过蜗轮蜗杆运动传动后，将回转体系统分度到设定好的角度。自动回转分度主要由两部分组成，回转体系统传动系统部分和控制系统部分。传动系统部分主要由步进电机、齿轮副传动和蜗杆传动组成；回转体系统控制系统部分主要由单片机、键盘显示屏、I/O接口芯片和驱动器组成。回转体系统总体框图见图1-1。图1-1 回转体系统总体框图1.1.2 回转体系统传动系统方案分度回转工作台主要用于数控钻床、镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。整个传动系统由，步进电机、轴、齿轮副、蜗轮蜗杆和工作台组成。图1-2为自动分度回转体系统。它的回转、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。工作台的运动是由伺服电动机，经齿轮减速后由蜗轮蜗杆带动回转体系统回转分度。图1-2自动分度回转体系统图1）回转体；2）工作台箱体；3）齿轮；4）工作台底座；5）蜗轮；6）步进电机；7）圆锥滚子轴承；8）蜗杆。工作台回转分度工作时候，由控制系统发送指令给步进电机，步进电机带动齿轮副转动，再带动蜗轮轴回转，并由蜗轮带动工作台回转分度；工作台停止时，通过蜗轮蜗杆的自锁和步进电机的自锁保证工作台的自锁。1.1.3 回转体系统控制系统方案回转体系统控制系统电路由单片机主控电路、I/O扩展电路、步进电机接口电路和键盘显示电路组成。回转体系统控制系统元件主要单片机，外部RAM、ROM、I/O接口、光电隔离、功率放大、键盘、显示屏和驱动器等组成。由键盘输入参数，通过I/O接口芯片到