对高速液压夹头结构的优化设计

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1、机械设计与制造第7期236MachineryDesign&Manufacture2015年7月高速液压夹头结构的优化设计陶德飞，李朱峰2陈建，王贵成1,2(1．江苏大学机械工程学院，江苏镇江212013；2．南通理工学院机电工程学院，江苏南通226000)摘要：高速夹头是高速加工工具系统的重要组成部分，被广泛用于中轻加工载荷的高速k．Y-，其性能直接影响高档数控机床的性能及加工质量。通过高速液压夹头／刀具模型有限元分析发现：夹头／刀具接触应力分布不均，夹头油腔转角过渡区域应力集中。本研究对油腔转角区域采用单元弧过渡形线，基于结构优化设计理论和优化方法，利用Ansys优化分析模块对夹头，刀具

2、模型进行优化。结果表明：结构优化改善了夹头／刀具接触应力分布。降低了夹头液压腔转角过渡区域应力集中和减小了接触压力峰值，提高了高速液压夹头的可靠性和稳定性。关键词：高速加工；液压夹头；结构优化；-n-f靠性；有限元法中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2015)07—0236—04OptimizationDesignofHighSpeedHydraulicChuckStructureTAODe-fei，LIZhu-feng，CHENJian，WANGGui-cheng’(1．SchoolofMechanicalEngineering，JiangsuUnivers

3、ity，JiangsuZhenjiang212013，China；2．MechanicalandElectricalEngineeringCollege，NantongInstituteofTechnology，JiangsuNantong226000，China)Abstract：Asa／／,importantpartofhighspeedmachiningtoolings~tem，highspeedchuckiswidelyappliedtohighspeedmachiningofvariousloadsbutheavy，andthepe矿0llno31~eofwhichdirectl

4、yaffectsthepropertyandprocessingqualityofadvancedcomputernumericalcontrolmachinetools．Itisfoundfromtheanalysisofhydraulicchuck／toolFEMmodelthatthereavesorn~problems，suchasunevenhydraulicchuck／toolcontactpressuredistribution，stressconcentrationinchuckcavityCOITbeFtransitionregion．Basedonstructuralo

5、ptimizationtheoryandmethods，appliestransitionarcstohydraulicchuckoilcycornersandutilizesAmy5optimizationanalysismoduletooptimizechuck／toolmodelTheFeslAl~qshowzhatstructuraloptimizationimproveschuck／toolcontactstressdistributionanddecreasestheconcentratedstressinhydraulicchuckc删itycornertransitionr

6、egionandcontactpressurepeak．Inaddition，italsoimprovesthereliabilityandstabilityof觚咖speedhydraulwchuck．KeyWords：HighSpeedMachining；HydraulicChuck；StructuralOptimization；Reliability；FiniteElementMethod1引言2液压夹头／?J具接触状态分析高速加工工具系统是高档数控机床的关键部件之一，其性液压膨胀式刀具夹头结构，如图1(a)所示。能直接影响高速加工的质量和效璋。高速液压夹头是常用高速加2．1液压夹头

7、有限元模型建立与求解工工具系统的重要组成单元，工具系统通常处于高速旋转状态，液选取TENDOHSK—C63型液压夹头，其结构尺寸，如图1(b)压夹头往往发生夹持力不足或疲劳失效等现象，直接影响高速加工所示。夹持直径范围为(1632)mm。安全性并降低生产效率，成为高速加工故障的主要原因之一。研究(1)建立实体模型。利用Ansys建立夹头，刀具二维轴对称装表明：液压夹头／刀具接触压力分布不均，存在接触应力峰值点，油腔配模型