高速加工工具系统研究

论文摘要

随着科学技术的发展,机械制造技术朝着高速、低消耗、优质和高精度的方向迈进。高速加工与高精密加工、高能束加工、柔性自动化加工一起,构成了当今机械制造中的四大先进制造技术。目前,高速加工机床已逐渐向高速车铣床、钻铣床等多功能复合型机床方向发展。高速加工工具系统是高速机床中较为薄弱的环节,直接影响和制约着高速加工的质量和效率。因此,设计出能够实现车、铣复合功能的高速主轴,并对其所用工具系统进行系统、深入的研究,是符合高速加工发展方向的,对提高我国制造业水平也有着重要的意义。结合实验室前面的工作及课题的实际情况,本文工作重点放在主轴加工端的结构设计,HSK新型工具系统的理论模型计算,主轴与HSK刀柄联接系统的有限元分析及其优化选择上。本文首先以实验室正在研制的高速主轴为基础,对其加工端进行结构设计,以实现车、铣复合功能。主轴通过过渡盘与真空吸盘相联,实现车削工件的夹持;内部设计锥孔与HSK刀柄配合,实现铣削加工。然后采用有限元分析软件ANSYS对所设计的主轴结构进行静力与模态分析,校核其强度。接着建立了HSK工具系统的弹塑性理论分析模型,对离心力作用下模型的变形做了理论分析,并利用有限元软件对联接系统进行静力分析,验证理论分析的结果;然后用有限元方法模拟预紧力、过盈量、转速等参数对联接性能的影响规律;最后对联接系统进行模态分析,得到其固有频率和临界转速。最后,采用层次分析法建立综合评价不同参数组合下联接系统的整体性能的递阶层析模型,通过权重计算,确定出优劣顺序,为合理选择联接参数提供理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高速切削对夹具的要求
• 1.3 高速加工工具系统
• 1.3.1 工具系统简介
• 1.3.2 常见新型工具系统
• 1.3.3 工具系统中存在的主要问题
• 1.4 课题的提出及本文目的
• 第二章 高速车削加工夹具设计
• 2.1 车床夹具设计
• 2.2 真空夹紧机构
• 2.3 主轴加工端结构设计
• 2.4 主轴的有限元分析
• 2.4.1 实体建模与网格划分
• 2.4.2 静力分析
• 2.4.3 模态分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 刀具联接系统理论分析
• 3.1 刀具联接系统理论分析模型
• 3.1.1 弹塑性理论
• 3.1.2 高速旋转状态下刀柄的弹塑性极限转速计算
• 3.1.3 离心力作用下的变形分析
• 3.2 本章小结
• 第四章 主轴/刀柄联接系统的有限元分析
• 4.1 ANSYS接触分析
• 4.1.1 接触分析简介
• 4.1.2 接触分析的步骤
• 4.2 验证模型的正确性
• 4.3 联接参数对接触应力的影响
• 4.4 联接参数对刀柄刚度的影响
• 4.4.1 联接参数对刀柄径向刚度的影响
• 4.4.2 联接参数对刀柄轴向刚度的影响
• 4.5 模态分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 联接参数的优化选择
• 5.1 层次分析法简介
• 5.2 联接系统的评价与选择
• 5.2.1 联接系统的有限元分析结果
• 5.2.2 递阶层次结构的建立
• 5.2.3 构造判断矩阵，计算权重并进行一致性检验
• 5.2.4 合成权重的计算
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢