高速切削HSK工具系統(tǒng)失效機(jī)理與工作可靠性研究.pdf

1、高速切削技術(shù)為機(jī)床加工帶來了高生產(chǎn)效率、高加工精度、高加工表面質(zhì)量等諸多優(yōu)勢，已成為機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的主流方向之一。隨著機(jī)床驅(qū)動技術(shù)和刀具材料的發(fā)展，機(jī)床切削的轉(zhuǎn)速越來越高，然而也對與之配套的工具系統(tǒng)帶來了巨大挑戰(zhàn)。應(yīng)用于高速加工的工具系統(tǒng)應(yīng)具有良好的工作可靠性和安全性，以保證加工質(zhì)量和使用安全。一旦工具系統(tǒng)失效會極大地破壞加工精度和加工表面質(zhì)量，在極高的轉(zhuǎn)速下，工具系統(tǒng)失效還有可能對機(jī)床和操作人員造成重大傷害。因此對高速切削工具系統(tǒng)的研

2、究具有重大的意義。HSK刀柄近年來在高速切削機(jī)床上得到了廣泛的應(yīng)用，被認(rèn)為目前最適用于高速切削機(jī)床的刀柄形式之一，HSK工具系統(tǒng)更被認(rèn)為是“21世紀(jì)的工具系統(tǒng)”。本文總結(jié)了HSK工具系統(tǒng)的三種主要失效形式，以HSK-A63型工具系統(tǒng)為研究對象，針對工具系統(tǒng)的主要失效形式進(jìn)行了失效機(jī)理分析和工作可靠性研究。主要內(nèi)容如下:
　　(1)針對數(shù)控機(jī)床HSK工具系統(tǒng)的強(qiáng)度失效，建立了工具系統(tǒng)在高速旋轉(zhuǎn)下的等效應(yīng)力模型，并用有限元仿真對所建立

3、的應(yīng)力模型進(jìn)行驗證;根據(jù)所建立的等效應(yīng)力模型，應(yīng)用應(yīng)力—強(qiáng)度干涉理論并結(jié)合蒙特卡洛仿真方法，建立了工具系統(tǒng)基于強(qiáng)度的可靠性模型，并進(jìn)行了可靠度實例計算。
　　(2)針對HSK工具系統(tǒng)與主軸的聯(lián)接失效，分析了HSK刀柄、主軸在高速旋轉(zhuǎn)時的變形情況，并建立了聯(lián)接錐面的接觸應(yīng)力模型，討論了基于刀柄與主軸聯(lián)接的臨界轉(zhuǎn)速;用有限元仿真對所建立的應(yīng)力模型進(jìn)行驗證，并討論了過盈量、拉桿初始夾緊力以及轉(zhuǎn)速對聯(lián)接性能的影響;應(yīng)用所建立的接觸應(yīng)力模型