工具系统接口联接刚度的研究

摘要

高速加工作为最重要的一项先进生产技术，与传统加工技术相比，其汇集了很多优点于一身，包括生产效率高、切削力小、加工产品质量高和低能耗等。为适应高速加工的环境，满足市场的需求，国内外各大研究机构已经成功的研制出了一系列优质的高速加工工具系统。其中主轴/刀柄接口的联接性能是机床工具系统的最为重要的性能，直接影响着机床的加工表面质量、加工效率、机床的承载能力以及刀具的寿命等，因此国内外学者非常重视这一方面的研究。
　　本论文通过理论分析、实验分析和有限元分析仿真对主轴/刀柄接口的联接刚度做了深入的研究，其中联接刚度包括：轴向刚度、径向刚度和扭转刚度。本研究的主要工作和成果为：
　　（1）基于接触分析方法，研究了不同工具系统的接口轴向联接刚度特性，比较了没有端面夹紧定位的传统工具系统和有端面夹紧的新型工具系统的轴向刚度；定性的分析了接口轴向刚度随负载的变化规律，对刚度曲线不同变化阶段的趋势的根本原因进行深入研究。
　　（2）建立了单面接触与双面接触的力学刚度模型，分析两者在径向刚度上的差异。基于有限元分析，对不同工具系统的径向刚度进行计算，得出传统BT工具系统的接口径向联接刚度不随载荷的变化而变化；验证了在高速状态下，BT工具系统的接口径向刚度变得很差。
　　（3）基于理论分析，得出了传统工具系统和新型工具系统的扭矩传递的形式，提出关于BT和HSK工具系统各部分承载扭矩的计算方法。研究了不同工具系统扭转刚度特性，给出了BT40工具系统所能承受的扭矩小于BBT40、HSK40工具系统所能承受的扭矩的原因。分析HSK工具系统的过盈量、夹紧力和转速对扭转刚度的影响。
　　（4）分析了外形尺寸接近的各种工具系统接口的联接刚度，研究表明，端面和锥面同时定位的过定位夹紧新型工具系统（HSK、BBT、KM、CAPTO）的联接刚度远高于锥面定位夹紧的传统的工具系统（BT），保证端面的有效夹紧是保证新型工具系统具有高联接刚度的关键。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2高速切削加工技术

1.3高速加工工具系统概述

1.4国内外主轴/刀柄接口刚度研究现状

1.5工具系统研究中尚存在的问题

1.6课题研究主要内容

1.7本章小结

第二章 主轴/刀柄接口刚度理论基础及有限元模型的建立

2.1工具系统的结构与工作原理分析

2.2工具系统力学模型的建立

2.3有限元分析理论

2.4基于有限元的刚度分析

2.5本章小结

第三章 主轴/刀柄接口轴向刚度的分析

3.1轴向刚度的概述

3.2轴向刚度的实验分析

3.3轴向刚度理论分析

3.4 有限元建模

3.5 BT与BIG-PLUS主轴/刀柄径向联接刚度的比较

3.6 BIG-PLUS与HSK主轴/刀柄轴向刚度的比较

3.7 HSK主轴/刀柄接口轴向刚度影响因素分析

3.8 BT工具系统接口轴向刚度影响因素分析

3.9本章小结

第四章 主轴/刀柄接口径向刚度的分析

4.1接口径向刚度定义

4.2径向刚度的实验分析

4.3工具系统的径向刚度力学模型

4.4 BT与Big-Plus主轴/刀柄接口径向刚度的比较

4.5双面接触工具系统的径向变形分析

4.6 Big-Plus与HSK主轴/刀柄径向联接刚度的比较

4.7 HSK主轴/刀柄接口径向刚度影响因素分析

4.8 BT工具系统接口径向刚度影响因素分析

4.9本章小结

第五章 主轴/刀柄接口扭转刚度的分析

5.1主轴/刀柄扭矩传递分析

5.2 HSK与BT主轴/刀柄接口扭转刚度的比较

5.3工具系统扭转变形分析

5.4 HSK与Capto主轴/刀柄接口扭转刚度的比较

5.5 HSK主轴/刀柄接口扭转刚度影响因素分析

5.6本章小结

第六章 研究结论与展望

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

致谢

攻读硕士学位期间所取得的主要成果