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。

高速中空热装刀柄-刀具结合部的建模与参数辨识

将高速中空(HSK)热装刀柄-刀具结合部简化为并联均布的弹簧-阻尼模型.建立热装刀柄-刀具结合部的有限元模型,根据弹性和黏性阻尼理论,分别对结合部内各位置的刚度和阻尼参数进行辨识,并使用多点耦合响应法验证其辨识参数的合理性.采用有限差分理论与实验相结合的方法对结合部端点处的刚度和阻尼参数进行辨识,并使用耦合响应法验证其辨识参数的准确性.提出了将有限元辨识的刚度参数和有限差分辨识的阻尼参数作为结合部的辨识参数,建立了HSK热装工具系统的梁单元模型,采用有限元法分析热装工具系统的模态,且与实验值比较,验证了其假设结合部参数的合理性.

基于UG的HSK热装刀柄参数化设计

HSK热装刀柄是高速数控机床的重要通用部件之一,它是目前应用最为广泛的刀柄。UG软件能实现三维建模功能,使用UG中的UG/Open对HSK热装刀柄进行参数化设计。采用UG/Open中UG/Menuscript、UG/UIStyler、UG/API、UG/Grip,以及Vision C++相结合的方式,对HSK热装刀柄进行参数化设计。具体的实施方案是,创建设置参数的三维模型,创建自定义菜单,设计用户界面对话框,以及创建应用程序。HSK热装刀柄的参数化设计不仅减少了设计时间,实现快速建模,提高了生产效率,而且提高了刀柄柔性化制造程度。

基于IGBT的刀柄热装装置的设计与实现

热装刀柄及其工具系统是高速加工工具系统的主要形式之一,由于其具有高精度、强夹持力、高平衡性等特点,在高速切削加工中得到了广泛应用;刀柄热装装置就是运用电磁感应加热原理,利用刀柄材料的热胀冷缩,对刀柄进行加热进而完成刀具的取出和放入;针对国内刀柄热装装置的空白,设计了一种基于IGBT的刀柄热装装置;该装置以IGBT为核心,设计了IGBT全桥逆变电路以及以IR2110为驱动芯片的驱动保护电路,研发了基于Maxwell电磁场分析的感应加热线圈,并给出了刀柄热装装置的整体框架以及具体实施方式,完成了整个装置的研制,最后实验验证了该装置可实现刀柄热装装置的功能,并经过大量后期优化实验建立了对应于不同口径刀柄的最优加热时间和最优加热频率的数据库。

基于有限元分析的刀柄感应加热性能研究

为了能将感应线圈磁场聚集在内部中上段,提高加热效率,针对热装刀柄与刀具的配合方式,设计适用于热装刀柄的特殊线圈结构。分析了刀柄加热过程中的所需功率,以设计的感应线圈作为电磁感应加热源,利用ANSYS有限元分析软件对刀柄加热过程进行磁-热-结构耦合分析,研究刀柄的理论最优加热温度和热疲劳寿命。最后利用自主研发的刀柄热装装置进行大量加热实验,通过对温度数据的分析,得到了刀柄加热温度随电流频率升高而降低的结论,验证了温度分布与线圈磁场分布的一致性。