适应自动换刀功能的超声电主轴结构设计及实验研究

将HSK刀柄作为半波长复合变幅杆的一部分,并考虑超声振动对主轴旋转精度和寿命的影响,提出一种基于HSK标准刀柄、适应加工中心自动换刀功能的超声振动电主轴。将拉爪与刀柄接触面作为变幅杆的设计节点,利用四端网络法确定复合变幅杆的尺寸参数和工作频率。自由模态分析结果表明,主轴临界转速和变幅杆工作频率下的模态振型与理论计算相吻合。预应力模态分析证明,受拉力时变幅杆能正常工作。通过阻抗分析及实验振幅测量,得到变幅杆的实际工作频率,为20552 Hz,此频率下刀具端部产生最大5μm的稳定周期性振动。研究结果有利于推动超声加工中心的实用化。