高速加工热缩加长刀杆与刀具配合径向夹持刚度分析

建立热缩加长刀杆与刀具配合的有限元模型,给出一种合理确定模型中接触刚度系数的有效方法。随后对不同过盈量、夹持长度及主轴转速对热缩加长刀杆与刀具配合的径向夹持刚度的影响进行分析。最后在建立径向夹持刚度测量方法的基础上,对有限元分析结果进行验证。结果表明,合理的接触刚度系数是正确建立热缩加长刀杆与刀具配合有限元模型的关键;热缩加长刀杆与刀具配合间存在有合理的配合过盈量与夹持长度,以保证配合间夹持均衡而具有很好的夹持刚度,又不至使刀杆强度超过其屈服条件而降低刀杆的使用寿命和精度;当转速超过一定范围时,应考虑离心力对热缩加长刀杆与刀具配合径向夹持刚度的削弱作用。

热缩加长刀杆与刀具配合的接触特性分析

借助非线性有限元分析技术分析了初始过盈量、配合长度、配合直径以及高速旋转状态下的离心力对热缩式加长刀杆与刀具配合的等效应力、接触变形与接触压力等的影响。结果表明刀杆对刀具的稳定、可靠、高精度夹持取决于合理的过盈量与配合长度;在主轴转速低于20000 r/m in时,因热缩加长刀杆与其实现过盈配合的刀具的直径都比较小,接触特性主要取决于初始基本过盈量;而当主轴转速高于20000 r/m in时,应充分考虑到离心力对刀杆与刀具过盈配合的削弱作用。在此基础上进一步给出了热缩加长刀杆与刀具配合的合理过盈量与配合长度的控制方法与流程,对热缩式刀杆的合理设计和选用具有一定的现实指导意义。

高速加工热缩加长刀杆与刀具配合铣削力预测

根据热缩加长刀杆与刀具配合精加工与半精加工的特点,利用反向传播神经网络(BPNN)建立高速加工热缩加长刀杆与刀具配合的铣削力模型。模型除了考虑6个主要影响铣削力的加工条件外,还将时间参量引入输入向量,实现了三向铣削力的瞬态预测。通过大量的加工实验获得网络所需的训练和检验样本,并通过编制Matlab程序实现了网络性能评价和网络参数优化。检验结果表明,铣削力预测结果与实际测量结果之间具有很好的一致性,三向分力的平均预测误差均小于0.18,在预测效率和精度上均优于通常所用的解析模型,并具有很好的扩展性能。

切削热对热缩加长刀杆与刀具配合的承载能力的影响分析

建立热缩加长刀杆与刀具配合的有限元模型,对稳定干切削状态下热缩式加长刀杆与刀具配合的温度、接触压力等热力学特性进行了分析。结果表明在高速切削状态下,热缩刀杆与刀具配合的承载能力是初始过盈量、高转速而产生的离心力以及因切削热而形成的瞬态温度场共同作用的结果。通过分析可知,承载能力主要取决于刀杆与刀具的初始过盈量和瞬态温度。随着切削时间的增长,刀杆与刀具的温度不断升高(由于对流与辐射散热,最后趋于稳定),热缩加长刀杆与刀具配合的接触压力减小,承载能力降低,所能传递的转矩被削弱。对热缩式刀杆的合理设计、选择和应用具有一定的理论和现实指导意义。