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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HSK主轴/刀柄接口的精度设计

HSK主轴/刀柄配合精度的高低直接影响HSK工具系统的加工成本及其主要性能。本文利用有限元分析方法,通过对HSK主轴/刀柄在不同配合情况下的受力变形分析,得出配合状况对HSK工具系统径向刚度的影响规律;明确了HSK主轴/刀柄之间的过盈量在径向刚度和径向定位精度两方面的不同功用。本研究工作为高速加工工具系统的精度设计提供了理论依据。     

高速刀柄—主轴联接疲劳强度可靠性研究

采用机械零件的可靠性设计方法,综合了影响高速刀柄的应力疲劳强度因素,对HSK刀柄装卸时的疲劳强度可靠性进行了定量分析,建立了高速刀柄—主轴疲劳强度可靠性模型,并给出了可靠度计算公式。通过有限元分析软件Workbench平台下的6σ模块,运用蒙特卡洛法模拟了HSK刀柄疲劳强度可靠度,并且分析了不同夹紧力下,过盈量的变化对高速刀柄—主轴疲劳强度可靠性的影响,为实际生产加工中更科学合理地定量选择夹紧力和过盈量提供了参考。     

HSK-100A型刀柄／主轴联接性能分析

将机床主轴与刀具相联接的刀柄是影响机床加工精度、刀具磨损及加工效率的关键部件。针对高速切削对刀柄的要求,建立了HSK-100A型刀柄的三维实体模型,同时利用有限元方法,对影响HSK-100A型刀柄／主轴联接性能的参数进行了分析,为HSK刀柄的实际应用提供一定的依据及指导。     

HSK-1OOA型刀柄/主轴联接性能分析

将机床主轴与刀具相联接的刀柄是影响机床加工精度、刀具磨损及加工效率的关键部件.针对高速切削对刀柄的要求,建立了HSK-100A型刀柄的三维实体模型,同时利用有限元方法,对影响HSK-100A型刀柄/主轴联接性能的参数进行了分析,为HSK刀柄的实际应用提供一定的依据及指导.     

基于结合部的HSK主轴-刀柄系统动态特性分析

建立了HSK主轴-刀柄结合部的有限元模型(FEM),利用弹性理论和黏性阻尼理论辨识结合部内各位置的刚度和阻尼参数。提出将HSK主轴-刀柄系统分为HSK主轴、主轴-刀柄结合部和刀柄三部分:HSK主轴与刀柄简化为多段Timoshenko梁,并使用响应耦合法来计算其频响函数;主轴-刀柄结合部简化为多点弹簧-阻尼模型,采用多点响应耦合法来计算其频响函数;将各个部件的频响函数进行刚性耦合,进而获得基于结合部的HSK主轴-刀柄系统频响函数。分别假定HSK主轴-刀柄结合部为刚性连接、5点弹性连接和7点弹性连接,计算其频响函数,并与实验结果相比较得到相应的结论。     

高速主轴/刀柄联结的可靠性分析

高速主轴/刀柄的联结性能对加工精度和机床可靠性具有重要影响。采用机械零件可靠性设计的方法,对高速主轴/刀柄联结的可靠性进行了分析,建立了高速主轴/刀柄联结强度和传递扭矩的可靠性模型,并给出了可靠度的通用计算公式,利用ANSYS有限元分析软件,计算出不同转速、过盈量、夹紧力作用下的高速主轴/刀柄联结的接触应力,系统地揭示出不同夹紧力作用下,过盈量、转速对高速主轴/刀柄联结强度和传递扭矩的可靠性的影响,研究结果为实际使用过程中夹紧力、过盈量、转速大小的选用提供了参考。     

HSK热装工具系统的动力学模型及动态特性研究

HSK热装工具系统包括轴承、HSK主轴、热装刀柄和刀具等部件,并通过轴承—主轴结合部、主轴—刀柄结合部和刀柄—刀具结合部弹性连接而成。根据HSK热装工具系统的工作原理,将各部件简化为多段Timoshenko梁,结合部简化为弹簧—阻尼模型,以此建立HSK热装工具系统的动力学模型;使用耦合响应法,考虑结合部的动态参数,分析HSK热装工具系统的动态特性;进行HSK热装工具系统动态特性的实验研究,比较理论与实验模态,验证HSK热装工具系统动力学模型的准确性。     

HSK主轴—刀柄结合部参数辨识及影响因素分析

HSK主轴—刀柄结合部简化为并联均布的弹簧—阻尼模型,根据HSK主轴—刀柄系统的结构,在ANSYS软件中构建HSK主轴—刀柄结合部的有限元模型。基于有限元分析结果,使用弹性理论辨识HSK主轴—刀柄结合部内各位置的刚度参数;采用粘性阻尼理论辨识HSK主轴—刀柄结合部内各位置的阻尼参数。确定影响HSK主轴—刀柄结合部参数的主要因素为过盈量和拉紧力,分别探究过盈量和拉紧力对HSK主轴—刀柄结合部参数的影响规律。     

Big-Plus主轴/刀柄接口径向刚度分析

Big-Plus工具系统不仅与BT工具系统兼容,而且锥面和端面同时定位和夹紧,为高速数控机床重要通用部件之一。Big-Plus主轴/刀柄接口的精度、刚度、可靠性等直接影响被加工零件的质量和加工效率,主轴/刀柄在工况下的径向变形是影响整个工具系统刚度及其性能的重要指标。基于UG/Nastran软件,采用有限元分析方法分别分析了过盈量、夹紧力和转速对接口径向刚度的影响。     

刀库及其自动换刀装置的换刀精度检测方法 和衰退规律研究

刀库及其自动换刀装置是数控机床用于储存和交换刀具的关键功能部件,其性能状态特别是换刀精度直接影响数 控机床能否准确、迅速地完成换刀,是影响数控机床可靠性的关键因素。 通过在主机现场搭建盘式刀库换刀精度检测试验 台,并提出基于两个激光位移传感器的换刀精度检测方法,借助加工中心工作台位置可通过数控系统精确控制,提出激光位 移传感器位置参数标定方法。 制定换刀精度试验方法,并开展 100 万次换刀试验,揭示刀库及其自动换刀装置换刀精度随 载荷和试验次数的变化规律,以及插刀前、拉刀前和拉刀后刀柄精度的变化规律,进而为如何减少刀柄插刀过程中对主轴的 冲击提供重要参考。     

一种高速主轴锁紧防松机构的研究与应用

论述了一种高速铣削加工机床主轴系统中刀柄安全锁紧防松机构的工作原理和理论模型,并将此结构应用于中小型高速数控铣床和立式加工中心主轴系统中,经过试验和生产应用表明,该刀柄系统的回转精度和可靠性有了较大的提高。     

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。     

HSK主轴/刀具的联结性能分析

利用SolidWorks建模软件建立HSK刀柄模型,再使用有限元方法,对HSK-100A型主轴/刀柄联结特性进行分析和模拟,研究了在夹紧力、过盈量、刀柄几何尺寸等条件下对联结锥面上间隙的影响,分析得出各参数的变化对锥面间隙的区域分布和大小有一定的影响。这可以对刀柄的几何参数优化提供理论依据。     

数控车铣复合车床主轴部件的设计研究

随着机床行业制造装配水平的不断发展,数控车铣复合立式车床在机械加工中越来越扮演者极其重要的角色,提高加工效率,主轴部件对数控车铣复合切削机床的加工精度起着非常重要的作用,从而使机床的加工能力推动着加工工艺的发展。本文通过数控车铣复合立式车床主轴部件的设计应用研究,对实际的生产有一定的参考价值。     

基于多源同步信号与深度学习的刀具磨损在线识别方法

为提高刀具状态监测系统的实用性、避免实际加工过程中工序变换产生的信号干扰,提出一种基于多源同步信号与深度学习的刀具磨损在线识别方法。该方法利用自动触发的方式实现了机床运行在特定工序时的刀具振动、主轴功率、数控系统参数等多源信号的同步在线采集,保证信号同步性的同时有效避免了因工序变换而产生的信号波动干扰;进一步利用高频振动特征实现了 “切削过程”与“切削间隙”采集样本的准确划分,并基于皮尔逊积矩相关系数筛选出强关联特征,保证了多源监测信号融合样本的可用性;最后基于一维卷积神经网络建立了刀具磨损在线识别模型。实验结果表明,该方法无论从识别精度还是诊断效率,均能实现实际加工过程中刀具磨损状态的在线识别。     

基于主轴电流信号多特征融合的刀具磨损状态监测

为实现在正常生产条件下进行刀具磨损的长期在线监测,提出了基于主轴电流信号和粒子群优化支持向量机模型(PSO-SVM)的刀具磨损状态间接监测方法。首先对数控机床主轴电机电流信号进行分析,将与刀具磨损相关的主轴电流信号多个特征参数和EMD能量熵进行特征融合作为输入特征向量;其次,通过粒子群寻优算法(PSO)对支持向量机模型(SVM)参数进行优化,建立基于主轴电流信号融合特征和PSO-SVM理论的刀具磨损状态识别模型;最后,通过实验采集某立式加工中心主轴在刀具不同磨损状态下电流信号进行验证,并与传统SVM模型、BP神经网络模型进行了对比分析。结果表明,所提出的方法具有较高的准确率和较好的泛化能力。能够实现正常生产条件下对刀具磨损的长期在线监测。