对高速hsk液压夹头及工具系统的不平衡响应

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1、学兔兔www.xuetutu.com高速HSK液压夹头及工具系统的不平衡响应UnbalanceresponseofhighspeedHSKhydraulicchucktoolingsystem陶德飞，郑登升，陈建，王贵成TAODe．fej，ZHENGDeng—sheng，CHENJian，WANGGui—cheng(江苏大学机械工程学院，镇江212013)摘要：高速夹头是高速加工工具系统的重要组成部分，其性能直接影响高档数控机床的性能及加工质量。利用有限元分析法，分析不平衡量产生的惯性离心力对带有液压夹头的HSKI具系统动态性能的影响，系统地揭示了刀柄节点、夹头节

2、点和刀尖节点位移的变化规律：随着激振频率的升高，工具系统刀尖、夹头和刀柄位移响应幅值逐步增大；随着不平衡量增大，刀尖、夹头和刀柄动态位移响应幅值呈线性增长，为HSK液压夹头及工具系统的优化设计和其动平衡的控制提供了理论依据。关键词：高速加工；HSK液压夹头及工具系统；不平衡动态响应；有限元法中图分类号：TH16文献标识码：B文章编号：1009—0134(2015)04(-F)一0088—04Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2015．04(下)．260引言尖、夹头和刀柄上关键节点作为响成点，分析严衡量高速加工工具系统是高档数控机床的关键部件

3、之对HSK液压膨胀夹头_[具系统激励产乍的小t衡响应。，HSK液压夹头是一种采用静压膨胀原理夹持刀具的从而为HSK工具系统动平衡提供参考，为研究l：具系统超高精密夹头，其工具系统适用于在加工中心、高精度动态性能提供理论依据。镗铣床和柔性生产线上夹持钻头、铰刀、铣刀等⋯。1HSK液压膨胀夹头／刀具接触有限元模型液压膨胀式刀具夹头结构，如图l所示。在夹头丰建立体与装夹孔的膨胀壁之问有一个环形封闭油腔，充满液1)建立实体模型压油。拧紧加压螺栓使油压升高，油腔内壁均匀对称向采用HSK50E型柄，8mm内径的液膨胀火头，轴线方向膨胀夹紧刀具；松开加压螺栓时，油压回落，8mm

4、直径的平底立铣刀。用等直径实体圆柱代替铣装夹孔内壁在弹性回复力的作用下回复到原始直径而松刀，以简化有限元分析。利川ANSYS建模功能构建开刀具。由于加压螺栓作用，液压膨胀夹头结构呈现不HSK液压膨胀夹头／刀具三维装配模型，如图2(a)所示。对称性，使得带有液压夹头的HSK液压膨胀夹头工具系设置模型的物理特性如表1和表2所示。统存在不平衡量。工具系统高速运行时，不平衡量成为主要激振源，产生周期性变化的惯性离心力，使工具系统发生强迫振动，降低加工精度，成为影响和制约HSK液压夹头及工具系统设计及使用性能的关键问题。迄今为止，有关HSK液压夹头及工具系统动平衡的研究并不

5、多见。为此，本研究利用有限元分析软件ANSYS中动力分析方法，以模态分析为起点，以刀(a)HSK液压膨胀夹头，刀具三维装配模集中质最～一(不平衡量激振点)刀尖节点刀柄点夹头爷点(b)HSK液压膨张夹及工具系统的有限元横图1液压膨胀夹头的结构图2HsK液压膨胀夹头及工具系统模型收稿日期：2014-12-10基金项目：国家自然科学基金项目(51075192)：国家重大科技专项(ZX201304009031)作者简介：陶德飞(1990一)，男，江苏人，硕士研究生，研究方向为高速夹头及加工工具系统。[881第37卷第4期2015-04(下)学兔兔www.xuetutu.c

6、om表1刀柄、夹头和刀具基本物理特性系统旋转速度为n(r／min)时，不平衡量产生惯性离心力为：：．P()×10一(Ⅳ)：U．(2nf)xl0(Ⅳ)(1)jU激振力按简谐规律变化，对工具系统产生谐波激振，f为激振频率，激振力与工具系统不平衡量u成正比，与激振频率f成二次方关系。激振力以刀柄不平衡质量所在处为强迫激励点。加工时，工具系统回转质量为M，系统刚度为K，阻尼系数为C，建立工具系统振动力学模型，如图3所示。表2液压油基本物理特性液压油液压油声速(1omrrys)1．38密度Oo~T／mm)0．9l8重度(1OT／mm2．S)0．9005动力粘度(1oMPa．

7、S)0．44运动粘度(1Omm／s)0．4792)定义单元类型图3工具系统振动力学模型定义带仃中间节点3维20节点Solid186实体单元划分根据动力学定律，得到x、y方向}：的系统运动微分柄、火头和具，定义8节点的Fluid30流体声单元划方程：分液油，得到有限元模型，如图2(b)所示。3)标记界面IMx’+Cx’+Kx=mL~．0cos~t=U(2r：．厂)cos(2n)⋯lMy“+’+Ky=me0)sinot=U(2n．t)。sin(2nfi)选取液油与夹头流同交界面上的节点，执行FSI求解得：命令，使液油与夹头分界面通过面载荷标志出来，从而把分界面处结构运

8、动与流体压