HSK-100A刀柄系统的联接刚度研究

摘要

高速切削是面向21世纪的一项高新技术，它以高效率、高精度和高表面质量为特征，在汽车、航天、航空、模具等行业中应用日益广泛，已取得了巨大的经济效益，是先进制造技术的重要组成部分。高档数控机床是实现高速、高质量切削的基础，具体到执行高速切削加工的切削系统，其工作性能就显得格外重要。本文以HSK-100A刀柄系统为例，通过理论模型分析和有限元仿真计算相结合，研究了在不同联接参数组合工况下刀柄系统的接触压力分布及接口联接刚度的变化。其中主要分析了夹紧力、转速及过盈量等联接参数对刀柄系统联接特性的影响，使用层次分析法，对不同参数组合情况下联接系统的联接特性进行了优化选择及灵敏度分析。
　　本研究主要内容包括：⑴在弹塑性理论的基础上，建立了HSK刀柄系统在静态时的力学理论模型，分别推导刀柄系统位移、应力、联接刚度的计算公式，进而确定其高速下的极限转速。⑵基于HSK刀柄系统结构特点及工作原理，结合仿真计算数据，归纳夹紧力、转速及过盈量等联接参数对刀柄系统联接性能的影响变化趋势，对比阐述了同步变化过程中锥面结合面接触压力、端面结合面接触压力及接口径向变形量的联系。⑶采用层次分析法，从9种不同参数组合中优选出兼顾接触压力及联接刚度的联接特性最佳方案，并将各方案对联接系统整体性能的影响优劣排序。此外，通过层次分析权重结果计算各级因素关于上层准则的灵敏度，得到决策准则变化时的方案选择临界点。

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附表索引

第1章 绪论

1.1背景

1.2主轴-刀柄联接系统概述

1.3主轴-刀柄联接系统研究现状

1.4课题来源及研究内容

第2章 刀柄系统结构特点及理论分析

2.1结构特点

2.2结构受力分析

2.3接触变形理论分析

2.4联接刚度理论分析

2.5本章小结

第3章 联接参数的影响因素及联系

3.1联接系统在无过盈量情况下的接触分析

3.2转速对系统联接性能的影响

3.3夹紧力对系统联接性能的影响

3.4过盈量对系统联接特性的影响

3.5本章小结

第4章 HSK-100A刀柄系统接触分析

4.1接触问题分析概述

4.2数值计算软件

4.3模型准备

4.4 HSK-100A刀柄系统接触分析

4.5锥面接触压力分布特点

4.6临界转速分析验证模型正确性

4.7本章小结

第5章 HSK-100A刀柄系统刚度特性分析

5.1切削力的计算

5.2联接刚度的定义

5.3 HSK-100A刀柄系统径向变形分析

5.4接口径向联接刚度曲面分析

5.5极限弯矩及名义刚度的确定

5.6 HSK-100A刀柄系统轴向刚度计算

5.7本章小结

第6章 HSK-100A刀柄系统联接参数方案优化

6.1层次分析法简介

6.2 HSK刀柄系统的评价与选择

6.3灵敏度分析

6.4本章小结

结论与展望

参考文献

致谢