HSK刀柄高速切削性能研究

传统的7：24实心长锥刀柄（BT刀柄）已不能满足高速切削加工的要求，而HSK刀柄在高速切削加工中的应用越来越广泛。通过对HSK刀柄结构分析，并建立HSK刀柄力学模型，对HSK刀柄的动（静）刚度、定位精度、动平衡性等动、静态特性进行理论分析，同时通过实验对HSK刀柄和传统的BT刀柄的动、静态特性进行了比较，从而揭示HSK刀柄具有较好的高速切削性能和广泛的推广价值。     

数控机床HSK刀柄和主轴在高速旋转下的连接性能分析

刀柄与主轴连接性能对数控机床的加工精度以及工作安全性影响显著。针对HSK刀柄在高速旋转过程中发生刀柄和主轴连接失效这一主要失效形式,应用弹性力学理论建立了任一转速下刀柄与主轴连接锥面的接触应力模型,且有限元分析结果与该理论模型有较好的一致性。在此基础上,综合考虑夹紧力以及刀柄、主轴配合过盈量的影响,建立了基于HSK刀柄与主轴连接的临界转速计算模型以及连接可靠性模型。根据临界转速模型可以从理论上计算出一定过盈量和夹紧力下的临界转速,分析夹紧力和过盈量对临界转速的影响。根据连接可靠性模型可以求解任一转速下刀柄和主轴连接的可靠度,并得到可靠度随转速的变化规律。这两个模型的建立对防止HSK刀柄、主轴连接的失效,保证高速切削加工的精度以及工作的安全性有重要意义,同时也为正确使用HSK刀柄以及刀柄尺寸结构进一步优化和可靠性设计提供了理论基础。
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离心力驱动液压膨胀式高速刀柄设计

针对高速刀柄与主轴锥孔离心膨胀不匹配的问题,设计了一种新型高速刀柄。刀柄采用实心短锥、双面定位结构。刀柄上安装有离心力驱动液压弹性膨胀系统,用以补偿刀柄与主轴锥孔的离心膨胀差。阐述了新型高速刀柄的结构原理,对刀柄几何参数和配合过盈量进行了设计;利用ANSYS有限元软件分析了刀柄的极限转速及与主轴的径向连接刚度。研究结果表明,新型刀柄与同规格的HSK高速刀柄相比,极限转速提高了约38%,且径向连接刚度也有所提高,适合用于高速加工。     

新型大柔度锥面高速刀柄的性能研究

设计了具有分锥体结构的新型大柔度锥面高速刀柄.利用有限元软件对该高速刀柄的静态和高速性能进行了分析,具体研究了刀柄锥面与端面的压力分布特点以及主轴的膨胀变形规律.研究结果表明,大柔度锥面高速刀柄比常用的HSK刀柄具有更高的极限转速,在高转速下能够保证良好的定位精度和连接刚度,特别适合于高速加工.     

主轴/刀柄7:24和1:10锥度联结系统性能分析

针对机床主轴/刀柄在高速切削离心力作用下的联接性能进行了分析,重点介绍了7:24和1:10锥度的结构,以及在高速切削时与锥孔配合的特性。因此,主轴/刀柄1:10锥度联结系统在高速加工、连接刚性和重合精度上均优于7:24,更适合高速切削加工。     

高弹性锥体高速刀柄的设计

设计一种具有高弹性锥体的新型高速刀柄,即在双面定位实心短锥高速刀柄的锥体上开有直、环交错槽,形成多个独立小锥面,增加了刀柄锥体的弹性。刀柄锥体的高弹性使得刀柄与主轴能够采用更大的配合过盈量,补偿主轴的高速离心膨胀,提高刀柄的极限转速。借助ANSYS Workbench有限元软件对刀柄与主轴的配合压力与变形进行模拟分析,并参照HSK刀柄的性能参数,确定所设计刀柄的结构尺寸、配合过盈量和极限转速。结果表明,与HSK刀柄相比,在相同连接刚度条件下所设计刀柄具有更高的极限转速,适合高速加工。     

HSK刀柄和主轴在高速旋转下连接性能可靠性分析

空心短锥刀柄在数控机床上起到连接主轴与切削刀具并传递力矩的作用。刀柄与主轴连接性能的可靠性对机床的加工精度及工作安全性有重要影响。由于加工和装配等误差、实际过盈量和实际夹紧力等结构和性能参数具有不确定性,考虑到HSK工具系统中这些参数的不确定性,利用区间模型描述这种不确定性,建立了HSK刀柄与主轴连接接触面区间接触应力模型,提出了HSK刀柄与主轴连接性能的非概率可靠性模型,给出了可靠临界转速的概念。通过对HSK-A63刀柄性能的分析与计算,说明了该方法的合理性与可行性,为防止HSK刀柄与主轴的连接失效,保证数控机床的加工精度和使用的可靠性提供了理论基础。     

高速切削加工用刀柄的发展现状

传统的标准7：24锥度实心长刀柄已不能满足高速切削加工的要求。提出了高速切削加工对刀具系统的要求，并介绍了近十年来国外研制开发的以中空短锥柄(HSK)为代表的多种高速刀具刀柄结构。     

高速加工中HSK工具系统刚度的研究

高速加工中HSK工具系统刚度直接影响加工质量和加工效率。基于材料力学理论及有限元法对HSK工具系统刚度进行了理论分析和数值模拟及仿真计算,给出了HSK刀柄变形转角——弯矩的计算公式,揭示出HSK工具系统刚度变化的基本规律,为合理使用HSK工具系统,使其发挥最大效益提供了理论依据,同时对开发我国自主知识产权的新型工具系统具有重要的理论意义和实用价值。     

铣床刀柄的受力分析

数控铣床刀柄/主轴连接系统已成为高速加工环境中最薄弱的因素之一,直接影响数控加工的精度、表面粗糙度和安全可靠性。本文采用有限元模拟分析方法,研究了离心力作用下系统的膨胀变形对连接性能的影响。研究结果表明,高速切削对刀具系统进行动平衡具有积极意义。     

高速加工中HSK工具系统精度的研究

对HSK工具系统的定位精度进行了实验研究,揭示出夹紧力和刀柄锥面与主轴孔锥面之间阻力的相互依存关系及其对定位精度的影响。利用弹性力学理论和材料力学理论及有限元法对高转速下工具系统的精度进行了理论分析和数值模拟,指出增大夹紧力是保证高转速下HSK工具系统精度的关键,为确保高速加工可靠性和安全性提供了理论依据。     

基于传递矩阵法的微细刀具临界转速分析

针对某微细刀具的实际结构特征,利用传递矩阵法计算了该微细刀具在不同刀尖质量、不同刀柄悬伸长度和不同刀径锥角下的临界转速,分析了刀柄悬伸长度和刀径锥角对微细刀具临界转速的影响规律。分析结果表明,刀柄的悬伸长度是影响微细刀具临界转速的主要因素。当转速接近临界转速时,可通过调节刀柄的悬伸长度改变微细刀具的临界转速,使切削加工处于安全的转速范围内。     

绿色加工中刀具磨损对表面粗糙度影响的研究

在切削镍基高温合金材料过程中,由于不稳定因素造成已加工表面粗糙度很难控制,尤其是刀具磨损直接影响着表面粗糙度。通过对冷风油雾、冷风和常温油雾等不同冷却切削条件下刀具磨损和工件表面粗糙度微观形貌的实验,研究了高速切削镍基高温合金材料时,在不同冷却切削条件下刀具磨损对工件表面粗糙度的影响,揭示了用冷风高速切削提高表面加工质量的规律。     

高速加工对机床传动与结构的影响

分析了高速加工对机床的新要求,阐明“零传动”是高速机床理想的传动方式。着重研究了高速电主轴和直线电机高速进给单元的结构特点和设计原理,提出了改善高速数控机床热态与动态特性的方法与措施。最后对加快我国高速数控机床生产与技术的发展提出了若干建议。     

基于遗传算法的高速铣削工艺参数优化研究

在高速铣削加工中,考虑机床和工件加工的实际约束条件,为合理选择高速铣削工艺参数,建立了最大生产率和最低加工成本的优化目标数学模型。以铣削速度、进给量、铣削深度、铣削宽度为工艺参数的优化变量,提出了基于遗传算法的高速铣削工艺参数优化方法,为高速铣削加工提供了理论依据。     

CIMT’97主要展品的技术特点综述

两年一度的中国国际机床展览会是国际机床界和我国机械制造业的一件盛事。第五届中国国际机床展览会(CIMT’97)又一次荟萃了国内、外各机床厂及相关配套件厂和工具厂的精华,既可看到一些名牌企业享有盛名的产品,也会发现一些脱颖而出的新秀企业所展示的精品。从展览会上我们能深刻地领会到机床工具行业的发展动向,也能生动地观察到琳琅满目的新产品和新结构。从中既反映了丰富多采的世界先进实用制造技术和最新制造技术,也展示了中国机床工具行业通过“三大战役”在增强开发能力和竞争实力方面所取得的可喜的巨大进步。     

直线电机直接驱动技术在精密加工中的应用

直线电机直接驱动系统具有结构简单、动态响应快、速度和加速度大、精度高、振动和噪声小等一系列优点,是各类高速精密机床的理想传动方式。介绍了直线电机的工作原理与结构类型及其在高速精密加工中的应用状况、存在的问题和解决方案。