数控机床工具夹紧系统基础共性技术的研究

摘要

数控加工机床的快速发展，对工具系统性能提出了更严格的要求。数控机床工具夹紧系统作为机床主轴与刀柄的重要联接环节，影响着联接的可靠性，进而影响加工质量、加工效率和刀具寿命。研究数控机床工具夹紧系统基础共性技术，分析夹紧力的产生、放大、传递以及夹紧系统对工具系统性能的影响因素及其变化规律，有助于开发出具有自主知识产权的高性能数控机床刀具夹紧系统，确保高速加工的安全性。
　　在理论分析的基础上，使用有限元数值模拟方法结合实验验证，对数控机床刀具夹紧系统基础共性技术系统的研究。分析了夹紧机构的基本特性以及对工具系统使用性能的影响，提出了刀柄端面夹紧力测量方法。本论文的主要工作和研究成果为：
　　（1）分析了典型的刀柄夹紧系统结构特点，研究了夹紧机构力的产生和传递方式，分析了夹紧力的放大方式并确定了其放大倍数，研究表明外涨式夹紧机构更适用于高速切削。
　　（2）基于接触分析方法，建立了不同工具系统的接触分析模型，分析了夹紧力对BT刀柄、HSK刀柄接触间隙、接触应力的影响。得到了夹紧力对刀柄端面接触应力、锥面接触间隙、接触面的最大接触应力及非接触区域的影响规律，夹紧力应控制在合理的范围内。
　　（3）研究了夹紧系统结构和夹紧力大小对工具系统使用性能的影响，具有端面定位的工具系统定位精度和联接刚度较为优异。得出了夹紧力对工具系统联接刚度及极限载荷影响规律。必须选择合适的夹紧系统及合理的夹紧力，保证工具系统优异的联接性能。
　　（4）针对HSK刀柄夹紧力放大倍数，确定了力的控制方法，指出最大影响因素是夹紧机构斜楔表面的摩擦系数，得出了楔角最佳取值范围。
　　（5）开发出一种HSK刀柄端面夹紧力测量机构。通过分析国外夹紧力测量装置的工作原理，对接触面压力测量方法也进行了相应的研究，进而提出了一种HSK刀柄端面夹紧力测量机构，解决了刀柄端面夹紧力测量的难题，为高速加工的安全性提供了技术支撑。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 数控加工工具系统的研究现状

1.3 数控机床工具系统刀柄与主轴的联接方式

1.4 本研究的目的和主要内容

1.5 本章小结

第二章 工具系统夹紧机构结构及特征

2.1 机床工具系统的夹紧机构

2.2 夹紧机构夹紧力分析

2.3 本章小结

第三章 夹紧力对工具系统接触特性的影响

3.1 ANSYS接触分析

3.2 无端面定位工具系统模拟结果分析

3.3 有端面定位工具系统模拟结果分析

3.4 结果讨论

3.5 本章小结

第四章 夹紧机构对工具系统性能的影响

4.1 夹紧力对工具系统轴向定位精度的影响

4.2 夹紧力对工具系统径向定位精度的影响

4.3 夹紧力对工具系统轴向刚度的影响

4.4 夹紧力对工具系统径向刚度的影响

4.5 夹紧力对工具系统扭转刚度的影响

4.6 本章小结

第五章 夹紧力控制与测量

5.1 夹紧力的控制

5.2 夹紧力的测量

5.3 本章小结

第六章 研究结论与展望

6.1 研究的主要结论

6.2 尚待深入研究的问题及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所取得的主要成果