嵌入式測溫刀柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其動態(tài)特性分析研究.pdf

1、隨著數(shù)控機床和加工中心向高速化方向發(fā)展,高速銑削過程中所產(chǎn)生的大量切削熱,對立銑刀產(chǎn)生熱疲勞沖擊,加劇刀具磨損甚至導(dǎo)致破損失效,影響加工精度。為了測量立銑刀切削溫度,通過改進(jìn)刀柄的結(jié)構(gòu),把測溫數(shù)據(jù)采集模塊安裝到刀柄內(nèi)部,使其和刀柄一同旋轉(zhuǎn),通過無線通訊傳輸?shù)缴衔粰C,讀取并轉(zhuǎn)換為溫度值實時顯示,實現(xiàn)高速切削刀具刃區(qū)溫度的實時、直接、連續(xù)測量,為刀具磨損破損研究提供更加直接有力的實驗數(shù)據(jù)。
　　本文以廣泛應(yīng)用的BT40刀柄和HSK-A

2、63刀柄為研究對象,開展了熱電偶測溫刀柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計、相關(guān)理論研究、仿真分析及實驗研究工作。具體如下:
　　綜合考慮現(xiàn)有刀柄的適用轉(zhuǎn)速范圍,選定BT40和HSK-A63兩種刀柄為研究對象。闡述兩種刀柄的結(jié)構(gòu)特點和性能,以彈塑性力學(xué)為基礎(chǔ),構(gòu)建了主軸-刀柄聯(lián)接系統(tǒng)理論分析模型。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的錐柄結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)采集模塊的需求設(shè)計出熱電偶測溫刀柄,在對刀柄不斷優(yōu)化和改進(jìn)的基礎(chǔ)上,完成兩種工具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　基于BT4

3、0及HSK-A63刀柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計和理論分析,利用Pro/E5.0軟件建立工具系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集模塊的三維實體模型。根據(jù)結(jié)構(gòu)中各個部件的材料性質(zhì)在有限元軟件中分別設(shè)置材料屬性,依據(jù)結(jié)構(gòu)實際工作情況對有限元模型進(jìn)行合理的加載和約束,并在劃分出比較優(yōu)良網(wǎng)格單元的前提下,分析工具系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集模塊在工況下的應(yīng)力場和應(yīng)變場,對不合理的部分進(jìn)行調(diào)整并修改前期結(jié)構(gòu)設(shè)計,進(jìn)一步改進(jìn)刀柄的結(jié)構(gòu)形式,從而對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
　　利用有限元模態(tài)分析功能,構(gòu)

4、建了熱電偶測溫工具系統(tǒng)的動力學(xué)模型,計算出工具系統(tǒng)在自由狀態(tài)和工況約束狀態(tài)下的固有頻率和振型;然后,利用有限元軟件研究和分析了在不同動態(tài)激勵作用下,承受不平衡量的工具系統(tǒng)所產(chǎn)生的動態(tài)響應(yīng)及變化規(guī)律。
　　工具系統(tǒng)的實驗研究,確定模態(tài)和動態(tài)測試實驗研究的原理和方法,完成實驗裝置的布置、裝配和調(diào)試。通過對測溫工具系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)實驗研究,對有限元模型的正確性進(jìn)行了驗證,同時,實驗的結(jié)果驗證了其有限元仿真結(jié)果的合理性。動態(tài)特性實驗測試了BT