离心力驱动液压膨胀式高速刀柄的静动态性能分析

摘要

刀柄作为工具系统的核心，对保证刀具在机床中的准确定位、确保加工质量具有重要作用。伴随高速加工技术的快速发展，HSK高速刀柄得到了广泛应用。在更高转速下受离心力的影响，HSK刀柄与主轴锥孔出现膨胀间隙导致刀柄的定位夹紧失效，故限制了工具系统极限转速的进一步提高。针对此问题，设计了离心力驱动液压膨胀式高速刀柄，分析了其主要性能参数，为刀柄的实际应用提供依据。
　　本文结合理论计算和数值分析对新型高速刀柄的静动态性能进行深入研究，研究内容具体如下：
　　(1)通过数值分析得到新型工具系统接口上的接触压力随主轴转速提高的分布规律，确定了极限转速。建立了新型工具系统的刚度模型，通过理论计算得到了接口刚度和许用弯矩，并与数值分析结果相互验证。
　　(2)针对新型高速刀柄潜在的不平衡情况，计算出了极限转速下的最大不平衡量，确定了动平衡精度等级。以不平衡量引起的惯性离心力为激励建立了刀柄的振动力学模型，通过求解系统的运动微分方程得到刀柄轴线的动挠度，分析了刀柄的振动规律并讨论了减振的措施。
　　(3)研究了新型高速刀柄的液固(补偿系统液压油与刀柄体)耦合模态和谐响应，提取了刀柄前六阶模态和简谐载荷作用下活塞-弹簧及刀柄体的幅频响应曲线，并与无液压油作用刀柄和HSK-A63的模态和谐响应进行了对比，分析了液压油对新型高速刀柄动态性能的影响。

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第1章 绪 论

1.1 高速刀柄的应用背景

1.1.1 国外研究现状

1.1.2 国内研究现状

1.2 课题来源及研究意义

1.3 研究内容及方法

第2章 离心力驱动液压膨胀式高速刀柄的静态性能分析

2.1 工具系统接口接触状态的分析

2.1.1 接口接触压力

2.1.2 与HSK-A63接口接触压力的对比分析

2.1.3 传递到接口端面上夹紧力的对比分析

2.2 工具系统接口刚度的分析

2.2.1 接口径向刚度的理论计算

2.2.2 接口径向刚度的数值分析

2.3 本章小结

第3章 离心力驱动液压膨胀式高速刀柄的动平衡分析

3.1 新型高速刀柄动平衡精度的确定

3.1.1 动平衡精度的表示方法

3.1.2 不平衡量的计算

3.1.3 动平衡精度等级的确定

3.2 刀柄不平衡量引起的振动及控制措施

3.2.1 不平衡量引起的振动分析

3.2.2 振动的控制措施

3.3 本章小结

第4章 离心力驱动液压膨胀式高速刀柄的动力学分析

4.1 刀柄的模态分析

4.1.1 新型高速刀柄的液固耦合模态

4.1.2 对比HSK-A63的模态

4.2 刀柄的谐响应分析

4.2.1 新型高速刀柄的谐响应

4.2.2 共振对动态补偿系统的影响

4.2.3 对比HSK-A63的谐响应

4.3 无液压油时刀柄的模态、谐响应

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢