[發明專利]一種模塊化刀柄結合部靜剛度試驗裝置

有效

• 申請號: 201010213682.6
• 申請日: 2010-06-30
• 公開（公告）號: CN101865766A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 張廣鵬;謝永康;韓華剛;段耀東;黃玉美
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

技術領域

本發明屬于機械設計制造技術領域，具體涉及一種模塊化刀柄結合部靜剛度試驗裝置。

背景技術

刀柄是聯系刀具與機床主軸的主要元件，刀柄與主軸內錐孔之間的結合面接觸剛度（也稱刀柄結合部剛度）直接影響著機床的加工質量與效率。由于刀柄本身剛度已經確定（尺寸、形狀、材料等已經確定），對刀柄的實際使用來說，刀柄結合部的剛度是可變的（與刀柄的軸向拉力大小、刀柄錐與主軸內錐孔的接觸率、接觸狀態等有關系），因此通過實驗方法研究不同拉緊力狀態下的刀柄結合部剛度變化規律，對合理確定刀柄拉緊力、提高機床的加工性能具有重要意義。

目前市場上最為流行的是BT（7：24錐柄）系列刀柄，它是中高速以下數控機床（包括加工中心）的主要使用刀柄系列，理論上這種刀柄不自鎖，裝卸方便，需要通過拉刀機構將刀柄拉緊，因此拉刀機構對刀柄施加的拉力大小將直接影響著刀柄與主軸的連接剛度（刀柄結合部剛度）。目前拉刀機構施加給刀柄的拉力主要通過經驗或類比給出的，缺乏實驗依據。如果拉力不夠，會造成刀柄與主軸連接剛度不足，影響加工質量；如果拉力過大，會造成刀柄與主軸內錐孔之間的接觸面壓傷，甚至影響刀柄的裝卸。另一方面，刀柄與主軸內錐孔之間的實際接觸面積（接觸率）也將影響刀柄與機床主軸內錐孔的連接剛度，因此對于不同的接觸率，為了保持足夠的刀柄與機床主軸內錐孔之間的連接剛度，需要拉緊力也不同。通過試驗研究可以獲得不同拉緊力作用下、不同接觸率下的刀柄與主軸之間的結合部剛度，可以為刀柄的拉力確定提供科學合理的數據，因此設計一種科學合理的刀柄性能試驗裝置及試驗方法將對研究刀柄性能及刀柄設計改進具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種模塊化刀柄結合部靜剛度試驗裝置，以克服現有技術沒有專門針對刀柄結合部靜剛度的試驗裝置，無法測試不同拉緊力狀態下的刀柄結合部剛度變化規律。

本發明采用的技術方案為：一種模塊化刀柄結合部靜剛度試驗裝置，包括方箱、模擬主軸頭、刀柄、軸向加載裝置、軸向位移傳感器、徑向加載裝置和徑向位移傳感器；刀柄由刀柄錐柄部和刀柄懸伸端連接組成；模擬主軸頭固定在方箱上，刀柄錐柄部位于在模擬主軸頭的內錐孔里，刀柄懸伸端懸伸在方箱內；刀柄錐柄部的端部設置有軸向加載裝置，刀柄懸伸端上側設置有徑向加載裝置；

軸向加載裝置包括支承在模擬主軸頭上的支承墊塊、拉桿和套在拉桿上的軸向加載螺母；拉桿穿過支承墊塊與刀柄錐柄部端部連接，軸向加載螺母與支承墊塊之間的拉桿上設置有軸向力傳感器；模擬主軸頭上還設置有軸向位移傳感器支架，所述軸向位移傳感器設置在軸向位移傳感器支架上；

徑向加載裝置包括固定在方箱上的徑向加載套筒、穿過徑向加載套筒的徑向加載螺釘；徑向加載螺釘底端與刀柄懸伸端之間設置有徑向力傳感器和鋼球；徑向加載螺釘與鋼球的中軸線位于同一條直線上，且與刀柄的中軸線垂直；模擬主軸頭上還設置有徑向位移傳感器支架，徑向位移傳感器設置在徑向位移傳感器支架上。

其特征在于，軸向加載螺母與支承墊塊之間的拉桿上依次設置有軸向加載壓塊A、推力球軸承、軸向加載壓塊B和軸向力傳感器。

其中，軸向位移傳感器支架上設置有兩個軸向位移傳感器，分別位于刀柄懸伸端的上下兩側。

其特征還在于，徑向加載螺釘底端與鋼球之間依次設置有徑向加載壓塊A、徑向力傳感器和徑向加載壓塊B。

其中，徑向位移傳感器支架上設置有兩個徑向位移傳感器，同時位于刀柄懸伸端下側。

另外，方箱上可以安裝不同規格的刀柄及模擬主軸頭。

本發明的有益效果是，利用本發明裝置可以獲得不同拉力作用下的刀柄軸向剛度、徑向剛度、角剛度曲線，為刀柄拉力的合理選擇及刀柄的設計制造及其技術改進提供依據。并且采用模塊化結構可以實現一套裝置進行多種BT系列刀柄的剛度試驗（更換不同的模擬主軸頭及刀柄），包括30、40、50等規格，也可以實現一次裝夾下的軸向剛度、徑向剛度及角剛度試驗。本裝置結構簡單，功能多，適用范圍寬，可以獲得真實的刀柄結合部剛度值，對研究刀柄靜態性能及確定合理的刀柄拉緊力具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發明的軸向剛度試驗裝置結構示意圖；

圖2是軸向拉力與刀柄結合部軸向位移的關系曲線圖；

圖3是刀柄結合部的軸向剛度與軸向拉力之間的關系曲線圖；

圖4是本發明的徑向剛度試驗裝置結構示意圖；

圖5是本發明徑向剛度及角剛度求解示意圖；

圖6是徑向作用力與刀柄結合部徑向位移之間的關系曲線圖；

圖7是徑向作用力與刀柄結合部徑向剛度之間的關系曲線圖；