[發(fā)明專利]一種基于HSK100主軸刀柄高速運(yùn)轉(zhuǎn)下結(jié)合面的剛度計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710342239.0
• 申請日: 2017-05-14
• 公開（公告）號: CN107063601B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙永勝;戚澤華;王皓;李偉凱;呂華峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種基于HSK100主軸刀柄高速運(yùn)轉(zhuǎn)下結(jié)合面的剛度計算方法，屬于機(jī)械設(shè)計與制造的領(lǐng)域。該方法考慮了HSK主軸刀柄在不同高速旋轉(zhuǎn)的承載變化，由于刀柄的連接特性受多方面的影響。刀柄主軸系統(tǒng)的接觸屬于非線性研究理論，如果想定量的研究主軸刀柄系統(tǒng)連接參數(shù)對連接性能的研究，需要從非線性考慮。然而分形幾何學(xué)和優(yōu)化的Hertz接觸理論能從微觀到宏觀上研究接觸問題，利用分形方法計算當(dāng)主軸刀柄剛度達(dá)到平衡狀態(tài)時，HSK100主軸刀柄結(jié)合面的總體接觸剛度。本方法首次提出運(yùn)用分形理論以及Hertz接觸理論對在高轉(zhuǎn)速下的HSK100主軸刀柄結(jié)合部進(jìn)行了剛度的計算，此方法可以為HSK100主軸刀柄接觸剛度做理論依據(jù)，可以更好的提升HSK100主軸刀柄的精度以及壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了一種基于HSK100主軸刀柄高速運(yùn)轉(zhuǎn)下結(jié)合面的剛度計算方法，屬于機(jī)械設(shè)計與制造的領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國尚未自主研制出實用型高速刀柄，對高速刀柄的研究還不夠系統(tǒng)和深入，跟其它國家相比，如德國，美國，日本等，這方面的研究水平比較落后，目前國內(nèi)的高速刀柄基本依靠國外進(jìn)口。部分研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者已開始對國外開發(fā)的高速刀柄進(jìn)行了分析和研究。

針對傳統(tǒng)的BT刀柄的在高速加工中存在的問題，工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼投入大量的人力和財力開發(fā)出了適合高速加工的刀柄，其主要特點是采用雙面定位和外漲式夾緊機(jī)構(gòu)。目前，在國際市場上有較大影響力的刀柄有德國的HSK刀柄；美國KENNAMETAL公司的KM刀柄；日本日研((NIKKE)公司的NCS刀柄；日本大昭和精機(jī)的BIG-PLUS刀柄；瑞典SANDVIK公司的CAPTO刀柄等。Erturk將主軸一刀柄結(jié)合部和刀柄一刀具結(jié)合部簡化為端點處的彈簧一阻尼模型，并采用有限差分和實驗測量相結(jié)合的方式對結(jié)合部進(jìn)行了參數(shù)辨識。Altintas似主軸一熱裝刀柄一立銑刀為研究對象，于熱裝刀柄一刀具結(jié)合部的立銑刀刀尖點頻響函數(shù)。這些刀柄各有各的特點，都在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的BT刀柄的不足

HSK工具系統(tǒng)是一種新型的高速短錐型刀柄，其接口采用錐面和端面同時定位的方式，刀柄為中空，錐體長度較短，錐度為1/10，有利于實現(xiàn)換刀輕型化和高速化。由于采用空心錐體和端面定位，補(bǔ)償了高速加工時主軸孔與刀柄的徑向變形差異，并完全消除了軸向定位誤差，使高速、高精度加工成為可能，如圖1所示。HSK主軸刀柄結(jié)合面作為重要的連接單元，其接觸特性直接影響著整體的工作精度和壽命。刀柄主軸系統(tǒng)的接觸屬于非線性研究理論，如果想定量的研究主軸刀柄系統(tǒng)連接參數(shù)對連接性能的研究需要從非線性考慮。分形幾何學(xué)和優(yōu)化的Hertz接觸理論能從微觀到宏觀上研究接觸問題，在刀柄主軸接觸問題上的應(yīng)用擁有很大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種基于HSK100主軸刀柄高速運(yùn)轉(zhuǎn)下結(jié)合面的剛度計算方法。該方法考慮了HSK主軸刀柄在不同高速旋轉(zhuǎn)的承載變化，由于刀柄的連接特性受多方面的影響(材料特性，幾何尺寸，拉刀力等)。刀柄主軸系統(tǒng)的接觸屬于非線性研究理論，如果想定量的研究主軸刀柄系統(tǒng)連接參數(shù)對連接性能的研究，需要從非線性考慮。然而分形幾何學(xué)和優(yōu)化的Hertz接觸理論能從微觀到宏觀上研究接觸問題，利用分形方法計算當(dāng)主軸刀柄剛度達(dá)到平衡狀態(tài)時，HSK100主軸刀柄結(jié)合面的總體接觸剛度。

本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實現(xiàn)的：

1.目前M-B模型的應(yīng)用范圍全部是平面接觸，還沒有在錐面接觸形式上進(jìn)行建模。因此在M-B模型基礎(chǔ)上，集合柱坐標(biāo)形式，建立錐面接觸模型。

2.微觀研究刀柄主軸粗糙表面，其分形參數(shù)直接決定建立的分形接觸模型的準(zhǔn)確性。并且影響接觸模型及接觸面積的求取。分形參數(shù)的獲取及其重要。從二維模型開始分析，分析三維模型。二維模型的分形參數(shù)為分形維數(shù)D，特征尺度系數(shù)G，譜密度的尺寸參數(shù)γ。