实时监测铣削力的分体式智能刀柄设计与切削测试

实时监测切削过程可提升表面质量和切削效率,为解决台式测力仪价格昂贵、布置装置过程费时费力等问题,提出了一种可同时测量三轴切削力和相应扭矩的分体式智能刀柄设计方法,搭建了实时监测铣削力的无线传输智能刀柄系统,并基于Kistler 9257B测力平台开展动态测试,验证了智能刀柄铣削力数据的准确性。

锥面分段开孔高速刀柄的设计方法

根据高速刀柄在不同过盈量下的联接性能分析结果与不同转速下的锥面接触应力分布规律,提出了一种锥面分段开孔高速刀柄的设计方法,即对刀柄定位锥面按照锥体素线长度均等分成前、中、后三段,并在各段的中等分处周向均布一组盲孔,通过调控盲孔的数量与尺寸使刀柄锥面达到一定的柔度。文章阐述了盲孔开设参数对锥面接触应力、柔度的影响规律和参数确定原则,给出了以HSK-E50为原型的锥面分段开孔设计案例,采用有限元分析其极限转速和锥面接触应力分布情况。结果表明,锥面分段开孔刀柄与原型刀柄相比,极限转速提高了约10.79%,锥面接触应力分布显著均匀。

基于UG模型的SK40刀柄预平衡设计

主要讨论了由SK40刀柄不对称结构设计引起的动不平衡问题。通过UG软件建立SK40刀柄预平衡模型,并计算了不平衡量。通过动平衡试验对建模进行验证,试验结果符合理论设计。

铣削加工测力刀柄参数优化设计研究

为适应高精密加工对切削力的监测需求,文中面向铣削加工设计了一种无线测力刀柄,使用压电薄膜和弹性检测梁采集力信号。为提高检测信号的灵敏度,基于COMSOL Multiphysics软件使用Nelder-Mead算法对刀柄的结构参数进行优化设计,并通过有限元仿真对优化结构进行刀柄结构刚度校核和动态特性分析,最后进行铣削对比实验,验证设计方案的可行性。结果表明,文中设计和优化的测力刀柄具有良好的灵敏度,刀柄的动静态特性满足使用需求,是一种有效的切削力监测方案。

热缩刀柄的创新设计

在金属切削刀具领域的认知中,刀具夹持技术似乎停滞不前。专家们也表示,HSK刀柄的技术设计和应用的划时代的变化早在三十年前就结束了。在切削刀具中,夹持是最保守的部分,很少出现创新性的思考。那么刀具夹持系统是否真的走到了死胡同,前景渺茫呢?

热缩刀柄的创新设计

在金属切削领域,提高刀柄及其机械系统的性能至关重要。伊斯卡的X-STREAM SHRINKIN刀具夹持系列采用热缩夹持设计,结合热缩优势、优异的冷却液流向以及夹持牢固的安装,确保了刀具的高性能。在金属切削刀具领域的认知中,刀具夹持技术发展相对较慢。部分专家表示,HSK刀柄的技术设计和应用突破出现了发展瓶颈。当前,刀具夹持系统的创新性思考存在诸多挑战。这也进一步反映出现代金属加工的需求。

刀柄拉钉对加工的影响

在数控设备中拉钉是联接主轴和刀柄的重要部件,锁紧拉钉的拧紧扭矩会严重影响加工质量和加工成本;拉钉的质量也是影响加工成本不可轻视的隐性问题,笔者用现场案例具体说明现象,希望对业内同行有借鉴作用。

SiC_(f)/SiC超声振动辅助车削加工装置的刀柄设计与实验

针对SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料难加工问题,开展超声振动辅助车削刀柄设计与实验研究。通过理论计算并结合材料特性、刀具结构等分析,分别设计频率为20、30、33 kHz车削刀柄的变幅杆、换能器,通过有限元模态分析及刀柄检测,验证设计的合理性;针对超声车削刀柄开展加工测试实验,如频率检测、振幅检测、表面粗糙度检测,并进行样件车削加工。结果表明:采用超声振动辅助车刀可以对SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料进行加工,合理的参数频率为33 kHz,振幅为3μm,可有效降低切削力和切削热,能够改善材料的可加工性,解决SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料难加工问题。目前该设计已经在航空SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料加工领域首次成功地实现了工程化应用,并且还可以进一步推广到更广泛的领域。

主轴-刀柄联结性能有限元接触分析

主轴-刀柄联接系统是机床中最薄弱的环节之一,其联结性能是影响切削加工稳定性的关键因素。基于接触理论,考虑结合面间的法向作用和切向作用,建立了主轴-刀柄联结性能分析模型。分析了不同转速下刀柄锥面与主轴孔锥面的接触分离情况、刀柄锥面承受的接触压力和刀柄锥面的应力分布情况,得出了转速对主轴-刀柄结合面联接性能的影响规律。低转速时其联接性能稳定,而高转速时刀柄锥面与主轴孔锥面发生明显分离,刀柄接触压力下降到静止时的一半,刀柄应力显著增大,此时已无法保证两锥面紧密接触,主轴-刀柄联接性能丧失。最后通过高转速下主轴-刀柄系统径向加载试验验证了有限元接触分析的有效性与可行性,从而为进一步分析主轴-刀柄连接性能打下基础。

液压刀柄与热缩刀柄铣削加工的对比试验

通过液压刀柄和热缩刀柄的粗糙度和刀具寿命对比试验,对两种刀柄在不同切削参数和不同切削槽类型及深度下的加工表面粗糙度值和刀具后刀面磨损带宽度进行了对比.试验表明:在相同切削参数和相同槽类型及深度下,使用液压刀柄所加工出的表面的表面质量更好;在相同切削参数下,使用液压刀柄所夹持的刀具具有更长的刀具寿命.

AHO刀柄的性能及定位精度分析

系统分析了AHO刀柄的结构及性能特点。对AHO刀柄和BT刀柄的轴向定位精度以及径向定位精度进行了详细的分析比较。分析结果表明,AHO刀柄具有很高的轴向重复定位精度和径向重复定位精度。

高速切削加工时标准7∶24锥度刀柄及HSK刀柄的分析

将机床主轴与刀具相联结的刀柄是影响加工精度、机床和刀具磨损及加工效率的关键部件。针对高速切削对刀柄的要求,对标准7∶24锥度刀柄及HSK空心短锥刀柄的特点及性能进行对比和分析,给出各自的适用场合和切削条件。同时指出HSK空心短锥刀柄虽具有突出的优点,但并不能完全取代7∶24锥度刀柄,应根据具体情况选用才能收到良好效果。

数控机床HSK刀柄和主轴在高速旋转下的连接性能分析

刀柄与主轴连接性能对数控机床的加工精度以及工作安全性影响显著。针对HSK刀柄在高速旋转过程中发生刀柄和主轴连接失效这一主要失效形式,应用弹性力学理论建立了任一转速下刀柄与主轴连接锥面的接触应力模型,且有限元分析结果与该理论模型有较好的一致性。在此基础上,综合考虑夹紧力以及刀柄、主轴配合过盈量的影响,建立了基于HSK刀柄与主轴连接的临界转速计算模型以及连接可靠性模型。根据临界转速模型可以从理论上计算出一定过盈量和夹紧力下的临界转速,分析夹紧力和过盈量对临界转速的影响。根据连接可靠性模型可以求解任一转速下刀柄和主轴连接的可靠度,并得到可靠度随转速的变化规律。这两个模型的建立对防止HSK刀柄、主轴连接的失效,保证高速切削加工的精度以及工作的安全性有重要意义,同时也为正确使用HSK刀柄以及刀柄尺寸结构进一步优化和可靠性设计提供了理论基础。

考虑主轴—刀柄—刀具结合面的高速主轴系统动力学特性有限元建模

高速主轴系统主轴—刀柄—刀具结合面动力学性能是影响主轴切削效率、加工质量以及加工性能的重要因素之一,而结合面的建模又是研究主轴系统动力学特性的基础。将主轴—刀柄—刀具结合面简化为分布弹簧,并基于并联转子的建模思想,采用有限元法完成了主轴系统的有限元建模。在明确分布弹簧的布置方式以及弹簧刚度的确定方法的基础上,提出考虑主轴—刀柄—刀具结合面的高速主轴系统动力学特性有限元建模流程。以安装BT系列刀柄的某立式加工中心主轴系统为例,利用所提出的方法进行有限元建模并求解刀尖点的频响函数,与实际测试的对比说明,该建模方法能够更好地模拟该主轴系统的动力学特性。

HSK热装刀柄的加热性能分析

使用ANSYS中的电磁-热-结构耦合模块并通过中频感应加热正交试验对HSK热装刀柄的感应加热性能进行分析,分别得到刀柄理论感应加热最优温度及刀柄实际感应加热最优温度;以热循环过程中的温度为热载荷,分别使用ANSYS中的热-应力耦合模块以及Coffin-Manson公式,得到热装刀柄热疲劳方式与热疲劳寿命。采用热疲劳试验对预估热疲劳寿命进行了验证,指出适当选取保温时间可延长热疲劳寿命。

高速主轴/刀柄联结特性的有限元分析

非线性有限元法可以分析、模拟主轴 /刀柄联结面间的变形、接触应力分布规律 ,为主轴 /刀柄联结的设计和优化提供理论依据。研究表明 ,适当提高轴向拉力和过盈量可以有效地解决上述问题 ,改善联结性能和加工精度。

刀柄—主轴系统联结性能有限元接触分析

为提高高速加工的质量,采用有限元接触理论建立了刀柄—主轴系统的联结性能评测模型。对接触面上所有高斯积分点进行接触判定。计算任意两点间的法向距离和法向接触力,以判断是否进入接触状态;计算切向接触力以判断摩擦状态。用罚函数法将不等式形式的判定条件引入非线性有限元变分原理,采用完全New-ton-Raphson方法求解方程组。采用该模型仿真刀柄—主轴接触面的变形状况和应力分布,并用统计方法分析了拉刀力和转速对刀柄—主轴系统联结性能的影响规律。

基于频响函数的主轴-刀柄结合部参数辨识方法

主轴-刀柄结合部是主轴系统中的薄弱环节,直接影响机床的加工效率与工件表面质量,主轴-刀柄结合部的特征参数是评价主轴-刀柄系统连接性能的关键环节.基于频响函数的子结构耦合法是辨识主轴-刀柄结合部特征参数的有效辨识方法,以BT40型主轴-刀柄系统为研究对象,进行结合部特征参数的识别,采用最小二乘法对辨识模型进行求解,获得了不同拉刀力下刀柄-主轴结合部上不同位置的刚度,并对辨识结果进行了验证,研究结果将为刀柄系统的优化设计提供理论依据.

7:24主轴/刀柄联接非均匀应力场的有限元分析

针对 7:2 4主轴 /刀柄联接设计中常用的拉美公式计算误差大的问题 ,采用有限元法分析了 7:2 4主轴 /刀柄联接的非均匀应力场 ,研究了联接过盈量对主轴 /刀柄接触压力、刀柄在主轴锥孔内轴向位置的影响 ,为主轴