摘 要
随着数控机床的普遍使用和发展，自动化程度的不断提高，主轴及其组件设计是否合理已成为影响数控精度、制约数控发展的一个重要方面。因此提出了此次设计理念。本设计是以TKA2140数控镗床授油器主轴部件为主要内容。对数控镗床授油器主轴进行进一步的探讨和研究。
首先对TKA2140进行了总体设计方案论证，镗床的各个部件及其功用也做了阐述和分析，主轴部分主要由结构设计和技术要求组成，对主轴各部位进行了精确的分析和计算，在连接件设计中选用了轴承类型及型号，与授油器工作及其相关的鼓形卡盘也做了分析设计，并提出了改进方案，完成主轴及连接件的设计后对其精度也做了详尽论述，保证其能具备良好的加工精度，液压缸的设计中，对授油器工作时起支撑作用的液压缸及其液压系统做了设计和计算，并对右端螺栓连接件进行了仔细的设计，授油器辅助器件中润滑密封和冷却系统对其工作性能有很大的影响，在此都做了详尽研究。在论文中还对部件进行了改进和创新，对授油器驱动装置做了进一步的设计和改进。旨在设计出合理的主轴及其部件。在论文的最后对数控系统进行了设计，从而使TKA2140数控深孔镗床的功能更加完善。
关键词： 主轴结构 刚度 强度 精度 液压缸 部件改进
Abstract
With the widespread use of CNC machine tools and development, the continuous improvement of the degree of automation, and its main component design has become a reasonable impact on the accuracy of NC, NC restricting the development of an important aspect. Therefore we proposed design concept. This design is TKA2140 NC awarding oil-boring machine spindle components as the main content. NC delegate to the oil-boring machine spindle to conduct further exploration and study.
First of all TKA2140 as a demonstration programme design, the boring machine and its function of the various components were also made on and analysis, some of the main spindle by the structural design and composition of the technical requirements of each part of a spindle accurate analysis and calculations, connecting pieces Selection of the design of the bearing types and models, and the awarding oil-related work and the drum-shaped chuck have done the analysis and design, and proposed improvement programme, completed spindle and connectivity of the design after its accuracy has also done a detailed exposition Ensure that their processing can have a good accuracy, the design of the hydraulic cylinders for the award for work at the oil play a supportive role in the hydraulic cylinder and the hydraulic system to do the design and calculation, and the far right of association bolt was carefully designed , The awarding of oil-lubricated sealed auxiliary devices and cooling system of its work of a very large impact of this has done a detailed study. In the paper are also components of the improvement and innovation, to grant the oil to drive the unit to do further design and improvement. Aims to design a reasonable spindle and their components. Finally, the paper numerical control system has been designed so that deep hole boring machine CNC TKA2140 the function more perfect.
Key words spindle structure stiffness strength components improve the accuracy of hydraulic cylinders
目 录
引言………………………………………………………………………………………………1第一章 绪论…………………………………………………………………………………2
1.1论文研究背景和意义………………………………………………………………2
1.2 数控机床国内外发展现状………………………………………………………2
1.3 论文主要研究内容………………………………………………………………3
第二章 数控镗床总体及部分总体设计 ………………………………………………4
2.1 TKA2140数控深孔镗床总体设计……………………………………………4
2.1.1 调查研究………………………………………………………………4
2.1.2 方案拟定………………………………………………………………4
2.1.3 各部件总体设计………………………………………………………5
2.2 授油器总体设计………………………………………………………………6
2.2.1 授油器参数……………………………………………………………6
2.2.2工作原理…………………………………………………………………6
2.2.3 授油器设计规划……………………………………………………7
第三章 主轴设计…………………………………………………………………………8
3.1轴的结构设计……………………………………………………………………8
3.2 轴上零件定位…………………………………………………………………9
3.2.1 轴肩定位………………………………………………………………9
3.2.2改进轴强度…………………………………………………………………9
3.3 各轴段直径和长度的确定……………………………………………………10
3.3.1 主轴平均直径确定………………………………………………10
3.3.2 主轴支撑跨距的确定………………………………………………11
3.3.3 轴段精确直径长度…………………………………………………13
3.4 轴在设计中的技术要求…………………………………………………………14
3.5 轴校核…………………………………………………………………………14
3.5.1 由弯距合成强度计算…………………………………………………14
3.5.2 校核轴的强度 ……………………………………………………………16
3.5.3 轴重要部位校核……………………………………………………17
第四章 主轴连接件设计………………………………………………………………18
4.1 球轴承的计算…………………………………………………………………18
4.2 推力球轴承选用…………………………………………………………………19
4.3 鼓形卡盘设计……………………………………………………………………21
4.4 轴及其配件的拟改进方案………………………………………………………21
4.4.1 导向键选择………………………………………………………………21
4.4.2导向套……………………………………………………………………21
第五章 主轴及连接件的精度……………………………………………………………23
5.1 极限………………………………………………………………………………23
5.1.1 各部位极限选择………………………………………………………23
5.1.2具体选用方法……………………………………………………24
5.2 公差带选择………………………………………………………………24
5.2.1 各部件的公差带………………………………………………………24
5.2.2 轴与轴承的公差带…………………………………………………25
5.3 形状公差和位置公差…………………………………………………………26
5.4 授油器部件表面粗糙度选择………………………………………………26
第六章 授油器液压系统设计………………………………………………………27
6.1液压缸设计………………………………………………………………………27
6.2 螺栓设计…………………………………………………………………………28
第七章 系统辅助部件设计……………………………………………………………31
7.1 润滑………………………………………………………………………………31
7.2 密封………………………………………………………………………………31
7.3 冷却系统…………………………………………………………………………31
7.3.1 冷却系统设计……………………………………………………………31
7.3.2 切削液的选择……………………………………………………………31
第八章 部件改进创新……………………………………………………………………33
8.1 授油器驱动装置…………………………………………………………………33
8.1.1 拟齿轮传动………………………………………………………………33
8.1.2 拟液压控制方案…………………………………………………………35
8.2轴承装配方案………………………………………………………………………36
第九章 机床的电气设计 ………………………………………………………………37
9.1 计算机数控系统 …………………………………………………………………37
9.1.1 CNC系统的组成……………………………………………………………37
9.1.2 CNC系统的功能……………………………………………………………37
9.2 镗床控制系统的单片机设计 ……………………………………………………38
9.2.1 单片机简介 ………………………………………………………………38
9.2.2 单片机在机电一体化中的应用 …………………………………………38
9.2.3 单片机系统简介及设计 …………………………………………………39
结论……………………………………………………………………………………………40
致谢………………………………………………………………………………………41
参考文献…………………………………………………………………………………42
附录…………………………………………………………………………………………43
引 言
数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。
随着机械工程的发展，越来越多的大型工件走进了机械制造领域，同时也为作为工作“母机”的机床提出了更高的要求，尤其大型管件的运用，为镗床的加工带来了很大的难度，因此提出了TKA2140的设计理念，进一步的设计中授油器成为制约镗床加工精度的瓶颈，大型工件精度的保证很大程度上集中于授油器的工作性能。集支撑、顶紧、冷却、润滑于一体的授油器成为设计中的重中之重。
在论文中从各个方面从理论和方案设计上都做了详细的论证和计算，从主轴的设计到计算校核都从不同的方案中比较选择，尽量选择出最优的设计，部件的选择中，遵循国标，基于互换性的原则，来进一步设计出完善的部件。在论文的最后对数控系统进行了设计，从而使TKA2140数控深孔镗床的功能更加完善。
由于时间和自身水平等原因，论文中存在许多不足之处，望大家多多督促，在以后的学习和工作中，我一定会努力改正。
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