毕业设计-刀具座改进设计及有限元分析

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1、阙繁昌摘要切削技术是机械制造行业的传统基础工艺之一，自二十世纪八十年代以来，制造技术的全面进步，已把切削技术推向高速切削的新阶段，使得高速切削逐渐的成为了切削加工的主流。切削加工系统由三大部分构成，即机床、刀具联接系统和刀具切削部分。作为机床主轴与切削刀片之间的联接，刀具联接系统对于整个加工系统尤其是高速加工系统来说，具有重要意义。论文首先介绍了高速切削技术的理论体系及发展趋势，阐述了高速切削的关键技术，详述了刀具联接系统的研究现状，并介绍了实际生产中使用的一种包含了HSK刀具联接系统的刀具座以及它在生产中所出现的问题。论文根据弹塑性力学的基础知识，推导了高

2、速旋转状态下实心圆轴的应力计算公式，并据此公式估算了刀具座在使用中的应力。论文针对长期使用出现裂纹的刀具座进行疲劳断裂分析，指出刀具座严重的应力集中影响了刀具座的疲劳强度，减少了刀具座的使用寿命；通过破损面的电子显微镜观察，观察了材质和加工表面，确定刀具座的应力集中主要是由刀具座的几何形状突变而产生的。通过使用三坐标测量机测量了刀具座的精确实体尺寸，根据测得的尺寸，使用三维制图软件Pro/E建立实体模型，导入到有限元分析软件ANSYS中，通过力学分析，观察刀具座的应力集中状况，据此，提出刀具座结构形状的改进方案，以缓解刀具座的应力集中，并通过多次有限元力学分

3、析结果比较，选择了合适的改进尺寸，最终刀具座的结构形状改进取得了很好的效果，得到了企业的认可。关键词：高速切削；刀具座；疲劳分析；有限元；应力集中阙繁昌AbstractCuttingisoneofthetraditionalandbasictechniquesinmechanicalmanufacturingindustry.Sincethe1980s,cuttingtechnologyhasdevelopedintoanewstageofhigh-speedcutting,andmakeshigh-speedcuttinggraduallybecometh

4、emainstreamcutting.Thecuttingsystemconsistsofthreeparts,andtheyaremachinetool,interfacesystemandcuttingtool,isofcriticalsignificanceforthewholecuttingsystem.Inthepaper,thetheoreticalbackgroundanddevelopingtrendofhigh-speedcuttingareintroduced.Italsodemonstratesthecoretechnologyinhi

5、gh-speedcutting,aswelltheresearchstatusofinterfacesystem.ThepaperintroducesatoolframewithanHSKinterfacesystemusedinactualproductionanddescribesthedetailoftheproblemwiththetoolframe.Byusingthebasictheoryandknowledgeofelasticityandplasticitymechanics,thestressformulaofhigh-speedrotat

6、ionsolidroundspindlehasbeengot,andthestressofthehigh-speedrotationtoolframeiscalculatedaccordingtotheformula.Thepaperanalyzesthefatiguefractureofthetoolframewithcracks,andfindstheultrastressconcentrationthataffectsthefatiguestrengthofthetoolframeandshortensitslife.Withthehelpofscan

7、ningelectronicmicroscope,itisfoundthattheultrastressconcentrationiscausedbythesuddenchangeofthegeometryfigureofthetoolframe.Thestructureimprovementprogramisproposedtomoderatetheultrastressconcentrationbysettingamodelwiththethree-dimensionaldrawingsoftwareaccordingtotheaccuratesizeg

8、otfromCMM,andusingANSYStod