高速夹头的结构优化及其应用技术研究

发布时间：2017-05-13 14:11

  本文关键词：高速夹头的结构优化及其应用技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速加工技术是综合多学科的高新加工技术,涉及信息技术、材料力学以及机械工程学等。由于独特优势,高速加工技术在汽车工业、电子制造以及模具制造等行业应用广泛。高速加工实现前提是具有优异性能的高速加工工具系统。同时,作为联接部分,高速夹头联接刀柄与刀具,是高速加工工具系统中重要环节。高速夹头自身的工作和使用性能以及其对刀具的夹持能力优劣,对高速切削加工的成败有着至关重要的影响本研究针对高速夹头结构不合理所导致应力集中的问题以及分析评价夹头和刀具的联接性能,通过力学分析、有限元模拟以及相关实验,分析了高速夹头自身的性能和对刀具的夹持性能。本研究主要工作以及结论如下:(1)建立高速液压夹头与刀具的接触模型,通过研究发现了高速夹头存在接触应力分布不均以及夹头内部应力集中问题。利用优化方法,对液压夹头油腔采用圆弧过渡形线以及改变结构尺寸值,进而得到了夹头的优化数学模型。(2)建立高速液压夹头与刀具配合的参数化模型,利用有限元Ansys中优化模块,选择优化方法对夹头结构进行优化,得到夹头优化序列。选取最优的结构设计参数,对其进行优化效果评价,对比优化前后夹头性能以及夹头使用寿命,结果表明优化后的夹头性能和疲劳寿命得到保障和显著提高。(3)构建高速弹簧夹头/刀具力学以及有限元模型,通过分析确定弹簧夹头主要失效模式,获得了弹簧夹头的可靠度和可靠性灵敏度,分析高速弹簧夹头/刀具配合模型的各方面参数对夹头联接可靠度的影响大小,并且提出了相关建议和措施,为弹簧夹头的设计、制造以及使用提供依据。(4)在高速热装以及液压夹头研究的基础上,对高速弹簧夹头接触力学特性进行探讨。通过实验分析使用不同夹头的工具系统动态性能优劣,与此同时,还比较各种类型夹头其他使用性能,综合评价各夹头,为高速夹头的选用提供了依据。
【关键词】：高速加工 工具系统 高速夹头 夹头/刀具联接模型 结构优化 可靠性
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG75
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.2 高速加工技术的发展12-14
• 1.3 高速加工工具系统的发展进程14-17
• 1.3.1 刀柄与机床主轴的联接方式14-16
• 1.3.2 高速刀柄与刀具联接方式及其研究进展16-17
• 1.4 课题来源及主要研究内容17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 高速夹头结构优化模型19-39
• 2.1 结构优化设计概念19-24
• 2.1.1 优化构成要素19-20
• 2.1.2 优化方法20-24
• 2.2 高速液压夹头与刀具接触状态24-28
• 2.2.1 液压夹头有限元模型建立与求解24-28
• 2.2.2 液压夹头/刀具接触存在的问题28
• 2.3 液压夹头结构优化方案设计28-30
• 2.4 液压夹头的力学模型30-36
• 2.5 液压夹头优化的数学模型36-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 基于有限元的高速夹头结构优化设计39-54
• 3.1 ANSYS优化模块简介39-41
• 3.2 高速液压夹头和刀具接触分析参数化41
• 3.3 液压夹头优化方法选择41-42
• 3.4 液压夹头优化设计结果42-45
• 3.5 高速液压夹头优化设计评价45-53
• 3.5.1 优化前后夹头性能对比46-48
• 3.5.2 优化前后夹头疲劳分析48-53
• 3.6 本章总结53-54
• 第四章 高速弹簧夹头可靠性分析54-73
• 4.1 可靠性基本概念54-57
• 4.1.1 可靠性定义54-55
• 4.1.2 可靠性的衡量55-57
• 4.2 高速弹簧夹头模型分析57-63
• 4.2.1 弹簧夹头结构及工作原理57-58
• 4.2.2 弹簧夹头/刀具力学模型分析58-60
• 4.2.3 弹簧夹头/刀具有限元模型分析60-63
• 4.3 弹簧夹头失效模式分析63-65
• 4.4 弹簧夹头不确定因素分析65-66
• 4.5 弹簧夹头可靠度评价66-72
• 4.5.1 弹簧夹头可靠性模型的建立66-67
• 4.5.2 弹簧夹头可靠度计算67-69
• 4.5.3 弹簧夹头可靠性灵敏度69-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 高速夹头的接触特性及可靠性73-90
• 5.1 高速夹头接触力学特性73-84
• 5.1.1 高速液压夹头和刀具接触应力73
• 5.1.2 高速热装夹头和刀具接触应力73-76
• 5.1.3 高速弹簧夹头和刀具接触应力76-84
• 5.2 不同夹头工具系统的铣削稳定性实验84-88
• 5.2.1 实验目的84
• 5.2.2 实验条件84-86
• 5.2.3 实验方案设计86
• 5.2.4 实验结果分析86-88
• 5.3 高速夹头其它性能综合比较88-89
• 5.4 本章小结89-90
• 第六章 研究结论与展望90-92
• 6.1 研究的主要结论90-91
• 6.2 尚待深入的问题及展望91-92
• 参考文献92-95
• 致谢95-96
• 攻读硕士学位期间所取得的主要成果96

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本文编号：362762