高速加工HSK热缩夹头应用基础的研究

论文摘要

高速加工是一项高新技术,它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在航空航天业、模具工业、电子行业、汽车工业等领域得到越来越广泛的应用,并已取得了重大的技术经济效益,是当代先进制造技术的重要组成部分,它对机械制造业来讲是一场深刻的技术革命,必将对机械制造业产生重要而深远的影响。高速加工工具系统的安全使用对高速加工的实现具有极其重要的理论意义和现实意义。本研究在对国内外高速加工工具系统研究和分析的基础上,对高速加工HSK工具系统的安全性进行了系统化分析,并提出了相应的预防措施;对热缩夹头高速切削时夹紧力、接触应力,连接刚度等变化规律,典型球头铣刀夹持机构在高速下的夹持特性进行了理论分析和数值模拟研究。本研究的主要贡献为:1.对HSK工具系统不同部位的失效形式、失效原因进行了分析,在此基础上,进一步提出了避免HSK工具系统失效和提高安全性的措施,对指导和规范高速加工工具系统的设计、制造与使用,保护设备与操作者的安全提供科学依据。2.通过对热缩夹头与刀具配合的理论分析,给出了其不发生打滑失效的最小过盈量以及不发生材料屈服失效的最大过盈量的计算方法。3.通过对热缩夹头中常用的热缩加长刀杆与刀具配合进行数值模拟,提出了其配合的最佳过盈量,为其配合公差的制造提供了理论依据,给出了极限转速和极限径向力,为实际安全应用提供了依据。4.建立了典型球头铣刀夹持机构的有限元模型,对其组成部分进行了失效分析,指出了其失效主要是刀杆材料的失效(刀杆最大等效应力超过材料的屈服极限)和夹紧螺钉失效,然后就目前的研究水平对刀杆材料的失效进行了分析,确定了刀杆材料的失效的极限转速。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 高速加工概述
• 1.1.1 高速加工背景
• 1.1.2 高速加工关键技术
• 1.1.3 高速加工技术在现代制造中的应用
• 1.2 高速加工工具系统
• 1.2.1 高速加工工具系统的发展状况
• 1.2.2 高速刀具夹头及其装夹技术
• 1.3 目前高速加工HSK工具系统安全性方面存在的主要问题
• 1.4 课题研究的内容和意义
• 第2章 高速加工HSK工具系统安全性分析及其对应措施
• 2.1 HSK刀柄的种类及其工具系统的组成
• 2.1.1 HSK刀柄的种类
• 2.1.2 HSK工具系统的组成
• 2.2 HSK工具系统组成部分的失效分析
• 2.3 应采取的措施
• 2.4 本章小结
• 第3章 热缩夹头与刀具配合的理论研究
• 3.1 刀具夹持方式的类型和性能比较
• 3.2 热缩夹头的结构和工作原理
• 3.3 理论分析
• 3.3.1 弹塑性理论
• 3.3.2 静态过盈分析
• 3.3.3 动态过盈联结分析
• 3.3.4 过盈联结的失效分析
• 3.3.5 高速下热缩夹头与刀具配合的极限转速
• 3.4 本章小结
• 第4章 热缩加长杆与刀具配合的数值模拟
• 4.1 有限元简介及其在本研究中的应用
• 4.2 有限元模型与接触刚度系数的确定
• 4.2.1 有限元模型的建立
• 4.2.2 刀杆与刀具配合的接触刚度系数
• 4.3 径向夹持刚度分析
• 4.3.1 配合过盈量对径向夹持刚度的影响
• 4.3.2 配合长度对径向夹持刚度的影响
• 4.3.3 转速对径向夹持刚度的影响
• 4.4 刀杆材料和刀杆结构对刀杆/刀具配合性能的影响
• 4.4.1 刀杆材料对刀杆/刀具配合性能的影响
• 4.4.2 刀杆结构对刀杆/刀具配合性能的影响
• 4.5 刀杆与刀具配合的极限转速和极限径向力
• 4.5.1 刀杆与刀具配合的极限转速
• 4.5.2 刀杆与刀具配合的极限径向力
• 4.6 本章小结
• 第5章 典型球头铣刀夹持机构在高速下的失效分析
• 5.1 球头铣刀的失效类型
• 5.2 有限元模型及边界条件的设定
• 5.3 极限转速的确定
• 5.4 本章小结
• 第6章 研究结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 需要继续深入研究的主要问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的相关论文