HSK工具系统扭转刚度特性分析

利用有限元法,对不同配合性质的HSK主轴/刀柄进行受力变形分析,得到HSK工具系统的扭转刚度曲线,并讨论了配合性质对扭转刚度的影响作用.结果表明,在正常高速切削情况下,主轴/刀柄配合性质对HSK工具系统扭转刚度的影响并不大;在大切削扭矩下,过盈配合能有效的保持HSK工具系统的高扭转刚度.研究结果为高速加工工具系统的精度设计提供了部分依据.     

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。     

高速加工HSK工具系统动态特性的研究

在对HSK刀柄与机床主轴接触状况进行深入分析的基础上，利用有限元法建立了高速加工HSK工具系统动刚度模型，并对其刚度特性和抗弯曲能力等进行了系统的研究和数值解析。结果表明：随着机床转速提高，HSK工具系统刚度基本不变，但其对弯矩的承载能力呈指数级数增大；刀柄锥面过盈量对HSK工具系统有重要影响，可以用锥面丧失定位作用时的转速作为HSK刀柄的许用极限转速。研究结果为改进和设计高速加工机床提供了理论依据。     

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。     

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。     

新型离心膨胀动态补偿高速刀柄的静态性能分析

设计了一种新型离心膨胀动态补偿高速刀柄,该刀柄以离心力作为驱动力、液压油作为力传递介质,使膨胀套产生弹性变形对刀柄/主轴接口锥面的离心膨胀进行动态补偿。利用Ansys Workbench分析得到刀柄/主轴接口的接触压力分布规律,确定了刀柄的极限转速;计算了刀柄/主轴接口的径向刚度,确定了接口的名义径向刚度和许用弯矩。结果表明:与HSK-A63高速刀柄相比,新型高速刀柄的极限转速提高了40%、接口名义径向刚度相当、许用弯矩提高约33%。新型高速刀柄适于更高速加工。     

高速主轴-刀柄接口离心膨胀动态补偿系统的研究

为解决高速主轴-刀柄接口因离心膨胀导致极限转速偏低及定位精度下降的问题,设计了一种新型离心膨胀动态补偿系统,并对其性能进行了分析。利用ANSYS有限元软件分析了主轴-刀柄接口的锥面接触应力,确定了主轴-刀柄接口的极限转速,计算了主轴-刀柄接口的径向刚度。通过与常规主轴-刀柄接口进行对比,验证了补偿系统的补偿效果。带补偿系统的主轴-刀柄接口锥面接触应力满足径向定位要求,接口极限转速提高43.8%,接口径向刚度随转速与载荷的变化关系更符合高速加工实际要求。     

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。     

高速HSK热装工具系统结合部的参数辨识

HSK工具系统的动态特性直接影响机床的加工效率与质量,获得准确的工具系统结合部参数又是精确预测HSK工具系统动态特性的基础。将热装刀柄-刀具结合部简化为弹簧-阻尼模型,基于Timoshenko梁理论建立了HSK热装刀柄-刀具结合部的有限元模型,采用弹塑性理论辨识结合部的刚度和阻尼,获得了HSK热装刀柄-刀具结合部内沿轴向不同位置的刚度和阻尼。进而建立了HSK热装工具系统的有限元动力学模型,分析工具系统刀尖点的频响函数。最后进行了HSK热装工具系统频响函数的实验测量,与理论频响函数相比较,验证了将结合部等效为弹簧-阻尼的辨识方法的合理性和有效性。     

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热装刀柄—刀具系统径向刚度分析

HSK热装刀柄是高速数控机床的重要通用部件之一,由于其动静态精度、刚性、可靠性、安全性等直接影响到被加工零件的质量和加工效率,因此从理论上分析各因素对系统刚度的影响有着重要意义。本文基于ABAQUS,运用FEA手段分析了不同的过盈量、夹持量、悬伸量以及转速对HSK热装刀柄—刀具系统径向刚性的影响,通过回归分析手段得到对系统刚度影响最为显著的因素。     

7:24主轴/刀柄联接非均匀应力场的有限元分析

针对 7:2 4主轴 /刀柄联接设计中常用的拉美公式计算误差大的问题 ,采用有限元法分析了 7:2 4主轴 /刀柄联接的非均匀应力场 ,研究了联接过盈量对主轴 /刀柄接触压力、刀柄在主轴锥孔内轴向位置的影响 ,为主轴 /刀柄联接的设计和结构优化提供了理论依据     

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。     

高速主轴/刀柄接口联结特性

高速数控机床主轴/刀柄接口的联结特性对机床精度和加工稳定性具有重要影响。以HSK-E63为研究对象,利用非线性有限元法分析高速数控机床主轴/刀柄的联结特性,系统地揭示出过盈量、夹紧力、转速对锥面接触应力及间隙的影响及其变化规律。研究结果为高速主轴/刀柄接口的设计和优化提供了理论依据。     

高速状态下机床主轴/刀具联接系统变形的有限元分析

随着高速加工机床及新型刀具的开发取得重大进展 ,刀具 /主轴联接系统已成为高速加工系统中最薄弱的环节之一。本文采用有限元模拟分析方法 ,对比分析了标准 7:2 4锥度联接系统与HSK联接系统在高速状态下的变形情况 ,研究了在离心力作用下系统的膨胀变形对联接性能的影响。     

高速刀柄及其工具系统的结构与性能

基于高速切削加工技术发展的需要,分析了传统的BT刀柄及其工具系统存在的主要问题,明确了高速刀柄及其工具系统的技术要求,阐述了高速加工常用主要刀柄及其工具系统的结构特征及性能特点,指出了工具系统开发及其发展方向。