大型龙门机床自动换刀技术研究

论文摘要

自动换刀装置是加工中心的重要辅助加工装置,其内部高速功能部件的发展与应用极大地提高生产效率。在实际加工中,生产商要求更高的切削速度和逐步缩短换刀时间,换刀速度也相应地成为当代加工中心水平高低的重要指标。为了适应机床业高速发展和客户不断要求更高生产效率的需求,自动换刀技术成为机床制造商相继研发的关键课题之一。对龙门机床的自动换刀装置进行总结,配置带机械手的自动换刀装置,对机械手、刀库的情况进行讨论,为研究提供一个硬件基础。本文在充分调研国内外加工中心自动换刀技术研究现状的基础上研究高速加工使用的联接刀柄,现有刀柄和实际需求等多因素综合分析选定HSK刀柄的型号和规格；根据国际标准建立HSK刀柄和HSK工具系统的实体模型,并对HSK工具系统的工作原理进行分析；进行锥面联接分析前需建立有限元模型。进行HSK刀柄/主轴联接性能分析,通过研究各个参数对联接锥面的接触应力和锥面间隙的影响情况,建立不同参数变化下锥面接触应力图和间隙图,进而分析各个参数对锥面联接的影响情况。基于锥面联接可靠定位的条件,得出标准刀柄不能满足锥面定位可靠的需求。为了满足锥面联接可靠定位,提出两种改进结构的可行方案,对其结构进行联接性能分析,综合考虑这两个方案确定刀柄结构,进行动平衡计算和验证,理论计算得出该结构存在动不平衡量,采用离线测试,确定动不平衡量得位置和相位,借助平衡孔达到动平衡要求。分析联接锥面的可靠性,进行可靠度判断,分析换刀速度与可靠性关系,换刀速度通过换刀时间衡量,可靠性由可靠度衡量,建立换刀速度-可靠性曲线,分析换刀速度与成本关系,建立换刀速度-成本曲线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和来源
• 1.2 自动换刀技术的概述
• 1.2.1 换刀速度的衡量方法
• 1.2.2 国内外自动换刀技术的研究现状
• 1.3 自动换刀装置概述
• 1.3.1 刀库的发展现状
• 1.3.2 机械手的发展现状
• 1.4 课题的选择意义和论文的主要内容
• 1.4.1 选择本课题的意义
• 1.4.2 课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 2 大型龙门机床的联接刀柄研究
• 2.1 大型龙门机床的结构
• 2.1.1 大型龙门机床的技术参数
• 2.1.2 大型龙门机床的换刀配置
• 2.2 国内外刀柄类型的研究
• 2.3 刀柄类型的选择和所选刀柄型号、规格的确定
• 2.3.1 刀柄种类的选择
• 2.3.2 HSK刀柄型号和规格的选择
• 2.4 本章小结
• 3 HSK刀柄/工具系统的模型研究
• 3.1 HSK工具系统的工作原理
• 3.2 HSK刀具/主轴的力学分析方程
• 3.3 模型的建立
• 3.3.1 刀柄与工具系统实体模型的建立
• 3.3.2 刀柄与工具系统有限元模型的建立
• 3.4 本章小结
• 4 HSK工具系统的联接性能分析
• 4.1 夹紧力变化对锥面联接性能的影响分析
• 4.1.1 夹紧力
• 4.1.2 变形分析
• 4.1.3 夹紧力的变化对接触应力和锥面间隙的影响
• 4.2 过盈量变化对锥面联接性能的影响
• 4.3 转速变化对锥面联接性能的影响分析
• 4.3.1 离心力和夹紧力的关系式
• 4.3.2 转速的变化对接触应力和锥面间隙的影响
• 4.4 夹紧力和过盈量变化对接触应力和锥面间隙的影响
• 4.5 夹紧力、过盈量和转速变化对接触应力和锥面间隙的影响
• 4.6 本章小结
• 5 HSK工具系统联接刀柄的结构设计
• 5.1 刀柄结构设计方案和结构确定
• 5.2 刀柄的动平衡计算和验证
• 5.3 本章小结
• 6 HSK工具系统的可靠性分析
• 6.1 锥面接触可靠性分析
• 6.2 换刀速度和换刀可靠性的分析
• 6.3 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录