HSK工具系统精度的基础共性技术研究

摘要

高速加工技术作为机械制造中最先进的制造技术之一，凭借其高效、优质、低耗的独特优势广泛应用于汽车工业、航空航天、军工制造等工业领域。作为高速加工技术的核心功能部件的是工具系统，其自身性能直接影响着整个机床的加工效率、加工质量和使用寿命。工具系统的精度问题（包括连接精度、几何精度和动平衡精度）直接影响着其自身性能。如何合理、有效地揭示这些精度问题的影响因素和影响规律，对刀柄的设计、制造和使用都有着重要的理论意义和应用价值。
　　本论文在理论方法分析的基础上，结合有限元数值模拟和实验分析等研究方法对HSK刀柄/主轴的精度问题进行了系统地研究，研究的主要工作和结论有：
　　（1）通过弹塑性力学方法建立弹性夹爪受力的力学模型，基于轴向位移和夹爪受力不均产生径向偏转的有限元分析方法，分别模拟了夹紧力和过盈量对HSK工具系统定位精度的影响规律，并与定位精度实验分析结果进行对比分析，揭示了过盈量对保证工具系统定位精度有决定性的作用。
　　（2）基于有限元模拟方法，分析了公差范围内不同尺寸几何精度对系统刚度的影响，确定夹紧内孔直径尺寸、夹紧面位置尺寸和锥度对工具系统刚度影响较大。通过正交实验与数值模拟相结合的方法，分析了轴向以及径向刚度的显著性因素，揭示出轴向刚度的最显著因素是夹紧面位置尺寸，径向刚度的最显著因素是锥度，为刀柄加工制造过程中重要尺寸的制造精度保证提供了理论参考。
　　（3）基于运动弹性力学理论建立惯性坐标系中变形刚体的质心运动模型，并给出计算公式，结合有限元模拟结果分析了夹紧机构夹爪受力不均和制造形位误差对动平衡精度的影响，揭示出夹紧机构夹爪的失效程度、锥面轮廓度和端面全跳动对动平衡精度等级的影响规律。
　　（4）对比分析实际动平衡精度和原始动平衡精度在转速下的变化关系，得出转速对实际的动平衡精度等级的影响规律，为修正系数的选择提供了参考；基于UG高级仿真分析了不同不平衡量对加工精度的影响规律，揭示了刀尖位移偏移量和不平衡量以及固有频率的影响规律，为加工过程中不平衡量的控制提供了依据。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究课题背景

1.2高速加工工具系统的发展现状

1.3工具系统精度的研究现状与存在的问题

1.4课题的提出和主要的研究内容

1.5本章小结

第二章 工具系统结构与精度理论基础

2.1高速加工工具系统的结构特点

2.2高速加工工具系统的结构尺寸

2.3 HSK工具系统精度的基本定义及特征量

2.4影响HSK工具系统精度的原因分析

2.5工具系统精度对加工精度的影响

2.6本章小结

第三章 HSK工具系统的定位精度分析

3.1 HSK工具系统定位精度的有限元方法

3.2基于有限元的定位精度的模拟分析

3.3轴向定位精度的模拟分析

3.4 径向定位精度的模拟分析

3.5 HSK工具系统定位精度实验

3.6本章小结

第四章 结构尺寸制造精度对工具系统刚度的影响

4.1 HSK工具系统的主要结构尺寸的确定

4.2 高速加工工具系统性能的评价指标

4.3主要结构尺寸制造精度对系统刚度的影响

4.4结构尺寸精度对刚度影响的正交实验分析

4.5 本章小结

第五章 HSK工具系统动平衡精度的影响分析

5.1 动平衡精度等级的基本概念

5.2 工具系统夹紧机构对动平衡精度的影响

5.3形位误差对动平衡精度的影响

5.4工具系统的动平衡精度修正

5.5 不平衡量对刀尖偏移量的影响分析

5.6 本章小结

第六章 研究结论和展望

6.1研究的主要结论

6.2尚待深入研究的问题及发展展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的主要成果