HSK刀柄关键尺寸测量技术与方法的研究

摘要

高速加工技术作为本世纪最具应用前景的先进加工技术，正在制造业中被迅速推广与应用。HSK刀柄是目前高速机床中应用最广的刀柄，其性能直接影响了高速加工的质量和可靠性。HSK刀柄尺寸测量技术的发展水平决定着HSK刀柄制造精度的高低，HSK刀柄关键尺寸的制造精度直接影响着刀柄的关键性能，如何准确并高效地完成HSK刀柄关键尺寸的测量工作对提高HSK刀柄的制造水平是至关重要的。
　　 本论文采用理论分析和实验测试等研究方法，对HSK刀柄关键尺寸的测量技术与方法进行了系统地研究，其目的在于加深对HSK刀柄关键尺寸测量原理和方法的研究，研制出高精度、高效率、测量过程自动化的HSK刀柄关键尺寸综合测量系统，为国内在因HSK刀柄关键尺寸测量不准确而导致工具系统制造精度不达标的问题上提供一种可靠的解决方案。本论文全文共有五章，第一章绪论，第二章HSK刀柄关键尺寸测量方法的研究，第三章HSK刀柄关键尺寸综合测量系统的研制，第四章HSK刀柄关键尺寸综合测量系统实验结果及误差分析，第五章研究结论及展望。本研究的主要贡献为:
　　 (1)对国内外现有的HSK刀柄关键尺寸测量方法及器具的结构原理、性能特点进行了系统的分析与总结，为引进、消化国外先进的测量技术、开发具有我国自主知识产权的高性能量具提供了理论基础。
　　 (2)研制出HSK刀柄关键尺寸综合测量系统样机，该测量系统具备了高精度、高效率、高分辨率及测量过程自动化等特点。测量系统总体划分为三大部分:定位装置部分、测量元件部分和电控仪部分。定位装置部分实现了测量系统对HSK刀柄快速、准确定位;测量元件部分实现了测量系统对刀柄各关键尺寸高精度、自动化测量;电控仪部分实现了测量系统对测量数据的高效、智能化控制。
　　 (3)对测量系统的系统误差进行全面细致分析，确定了影响测量精度的主要因素。通过理论分析，结合HSK刀柄各被测尺寸的技术要求、测量仪的实际结构及实际工况，计算出各误差来源造成的测量误差，进而得到了刀柄各关键尺寸的综合系统误差。
　　 (4)使用测量系统对HSK刀柄关键尺寸进行了大量的实测试验，对测量系统的随机误差进行分析和计算，得出各被测尺寸的随机误差的极限值。
　　 (5)完成测量系统测量不确定度的评定，研究表明各被测尺寸的总误差均小于允许的极限误差，测量系统的测量精度满足HSK刀柄关键尺寸的高精度测量要求。
　　 本研究是国家自然科学基金项目“高档数控机床主轴/刀柄接口设计方法与检测技术的研究”（项目号:51275217）的一部分，同时也是国家科技重大专项“高性能数控刀具性能测试与检测技术平台的研究”（项目号:2013ZX04003044）的一部分，研究工作丰富了数控机床工具系统的精密测量理论，对开发出具有我国自主知识产权的数控机床工具系统测量仪器、提升国内HSK工具系统制造精度的水平具有重要的理论意义和较大的实用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景

1．1．1 研究的工程应用背景

1．1．2 研究的项目背景

1．2 精密测量技术

1．2．1 精密测量概念

1．2．2 精密测量器具

1．2．3 精密测量方法

1．3 HSK刀柄关键尺寸的测量

1．3．1 HSK刀柄概述

1．3．2 HSK刀柄关键尺寸及其测量

1．3．3 HSK刀柄关键尺寸测量的发展阶段

1．3．4 HSK刀柄关键尺寸测量的研究现状

1．4 本研究的目的和主要工作

1．5 本章小结

第二章 HSK刀柄关键尺寸测量方法的研究

2．1 刀柄尺寸单项测量

2．1．1 锥体直径尺寸的单项测量方法

2．1．2 30°夹紧内锥面的位置尺寸的测量方法

2．2 刀柄锥体直径综合测量

2．2．1 锥体直径尺寸的气动式测量

2．2．2 锥体直径尺寸的电感式测量

2．2．3 锥体直径尺寸的机械式测量

2．3 刀柄多尺寸综合测量

2．3．1 刀柄多尺寸综合测量仪

2．3．2 螺旋升降机构的测量原理分析

2．4 一些其他的测量方法

2．4．1 刀柄锥体锥度的常规式测量

2．4．2 刀柄锥体锥度的光学干涉式测量

2．4．3 刀柄锥体锥度的光电式测量

2．5 本章小结

第三章 HSK刀柄关键尺寸综合测量系统的研制

3．1 定位装置部分的设计与实现

3．1．1 设计中的关键问题

3．1．2 刀柄在定位装置中定位方式的设计

3．1．3 刀柄小端直径测量正确性的实现

3．1．4 刀柄各关键尺寸测量过程自动化的实现

3．1．5 HSK标准规

3．2 测量元件部分的设计与实现

3．2．1 位移传感器的选用

3．2．2 位移传感器的夹紧装置

3．3 电控仪部分的设计与实现

3．3．1 HSK电感测微仪

3．3．2 数据控制软件

3．3．3 数据采集流程

3．4 本章小结

第四章 HSK刀柄关键尺寸综合测量系统实验结果及误差分析

4．1 测量系统的系统误差分析

4．1．1 定位装置误差

4．1．2 测量力误差

4．1．3 测量环境误差

4．1．4 HSK标准规误差

4．1．5 传感器误差

4．1．6 电感测微仪误差

4．1．7 总系统误差

4．2 测量系统的随机误差分析

4．3 粗大误差分析

4．4 测量系统标准不确定度

4．5 本章小结

第五章 研究结论与发展展望

5．1 研究的主要结论

5．2 课题研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的主要成果