高速机床接口的可靠性技术研究

发布时间：2017-09-05 05:04

  本文关键词：高速机床接口的可靠性技术研究

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【摘要】：高速加工技术作为当今制造业四大先进制造技术之一,是目前最具有使用价值且应用最为广泛的先进加工技术,极大地促进航天航空业、汽车制造业和军工业等重要工业领域的发展。高速刀柄与主轴联接的可靠性直接决定加工精度与零件表面质量、高速机床及工具系统的使用寿命、加工的经济成本与安全性等。如何科学合理地评价高速刀柄/主轴联接的可靠性对充分发挥其优异的加工性能,保证高速加工的安全性具有重要的理论意义和实用价值。本论文通过理论分析和有限元数值模拟等研究方法对高速刀柄/主轴联接的可靠性进行系统地研究。本论文全文共有六章:第一章绪论,第二章高速刀柄/主轴联接特点与可靠性理论基础,第三章高速刀柄/主轴联接可靠性模型,第四章高速刀柄/主轴联接可靠性的数值模拟及可靠性分析,第五章高速刀柄/主轴联接可靠性评价,第六章研究结论与展望。本研究的主要工作和成果为:(1)通过弹塑性力学理论建立HSK刀柄与主轴联接的力学模型,应用可靠性理论中的应力-强度干涉理论分别建立高速刀柄/主轴锥面联接强度可靠性模型、疲劳强度可靠性模型,并通过概率密度函数分析法给出高速刀柄/主轴可靠度计算公式。基于高速刀柄/主轴联接的功能,建立了传递扭矩可靠性模型、端面定位可靠性模型,部分研究成果已应用于精密工具产业技术创新战略联盟标准:主轴-刀柄联接可靠性评价方法(GLB/T0013-2015)。研究工作为提高高速刀柄在初始设计阶段可靠性提供理论依据。(2)基于蒙特卡洛法通过有限元法对高速刀柄/主轴联接可靠性进行数值模拟,对高速刀柄/主轴锥面联接强度可靠性、传递扭矩可靠性、端面定位和疲劳强度可靠性进行分析,并揭示过盈量、夹紧力和转速这三个影响因素之间相互影响规律。研究结果为提高高速刀柄/主轴联接可靠性提供技术支撑。(3)应用模糊数学理论,探讨了建立高速刀柄/主轴联接模糊可靠性模型的必要性,通过半梯形与梯形隶属函数建立高速刀柄/主轴联接模糊可靠性数学模型并给出相关公式。研究方法和结果为更加科学地评价刀柄的可靠性提供新的思路。(4)引入固有可靠度和现场可靠度概念,给出相关公式并通过实例应用计算出不同工况下的高速刀柄/主轴固有可靠度和现场可靠度,并指出现场可靠度低于固有可靠度,这就要求我们在日常生产中使用高速刀柄时要减小外界影响因素。研究结果为科学地指导实际生产加工,提高高速刀柄可靠性提供一定的参考意义。
【关键词】：高速主轴接口 HSK刀柄 可靠性建模 有限元分析 可靠性评价
【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】：TG502.3
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究课题背景12-15
• 1.2 高速加工技术的发展现状15-19
• 1.2.1 高速加工工具系统的发展15-18
• 1.2.2 高速机床接口技术的发展18-19
• 1.3 可靠性的研究现状与发展趋势19-22
• 1.3.1 当前可靠性技术的发展现状19-21
• 1.3.2 高速机床的可靠性研究21-22
• 1.4 研究的主要内容22-23
• 1.5 本章小结23-24
• 第二章 高速刀柄/主轴联接特点与可靠性理论基础24-38
• 2.1 高速刀柄/主轴联接组成及结构特点24-26
• 2.1.1 高速刀柄/主轴联接组成24-25
• 2.1.2 高速刀柄/主轴联接接口的结构特点25-26
• 2.2 高速刀柄/主轴联接特性26-28
• 2.3 可靠性的定义及特征量28-30
• 2.3.1 可靠性的基本定义28
• 2.3.2 可靠性的特征量28-30
• 2.4 可靠性的分析方法及计算方法30-36
• 2.4.1 可靠性的分析方法30-33
• 2.4.2 可靠性的计算方法33-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第三章 高速刀柄/主轴联接可靠性模型38-48
• 3.1 高速刀柄/主轴锥面联接强度可靠性模型38-41
• 3.2 高速刀柄/主轴联接传递扭矩可靠性模型41-43
• 3.3 高速刀柄/主轴联接端面定位可靠性模型43-44
• 3.4 高速刀柄/主轴联接装卸疲劳可靠性模型44-47
• 3.4.1 应力分散特性45
• 3.4.2 强度分散特性45-47
• 3.4.3 应用干涉理论计算可靠度47
• 3.5 本章小节47-48
• 第四章 高速刀柄/主轴联接可靠性的数值模拟及可靠性分析48-64
• 4.1 基于有限元的可靠性分析48-51
• 4.1.1 ANSYS Workbench平台简述48-49
• 4.1.2 Six sigma模块简述及分析流程49-51
• 4.2 高速刀柄/主轴联接可靠性数值模拟51-58
• 4.2.1 高速刀柄/主轴的非线性接触分析51-55
• 4.2.2 高速刀柄/主轴的可靠性分析55-58
• 4.3 高速刀柄/主轴联接可靠度因素分析58-63
• 4.3.1 影响因素对高速刀柄/主轴联接强度可靠度的影响58-59
• 4.3.2 影响因素对高速刀柄/主轴联接传递扭矩可靠度的影响59-61
• 4.3.3 影响因素对高速刀柄/主轴联接端面定位可靠度的影响61-62
• 4.3.4 影响因素对高速刀柄/主轴联接疲劳强度可靠度的影响62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 高速刀柄/主轴联接可靠性评价64-74
• 5.1 经典可靠性和模糊可靠性64-69
• 5.1.1 模糊数学64-67
• 5.1.2 高速刀柄/主轴联接模糊可靠性67-69
• 5.2 固有可靠性和现场可靠性69-70
• 5.3 实例应用70-73
• 5.3.1 高速刀柄/主轴联接固有模糊可靠度计算71-72
• 5.3.2 高速刀柄/主轴联接现场模糊可靠度计算72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 研究结论与展望74-76
• 6.1 研究的主要结论74-75
• 6.2 尚待深入研究的问题及发展展望75-76
• 附录76-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 攻读硕士学位期间所取得的主要成果87

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本文编号：795967