嵌入式测温刀柄的结构设计及其动态特性分析研究

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1、分类号：TG714密级：公开UDC：621学号：2111106350广东海洋大学硕士学位论文嵌入式测温刀柄的结构设计及其动态特性分析研究徐红指导教师：李广慧教授申请学位类别：工学硕士专业名称：机械制造及其自动化研究方向：数字化设计与制造技术学院名称：工程学院中国·湛江2014年6月嵌入式测温刀柄的结构设计及其动态特性分析研究摘要随着数控机床和加工中心向高速化方向发展，高速铣削过程中所产生的大量切削热，对立铣刀产生热疲劳冲击，加剧刀具磨损甚至导致破损失效，影响加工精度。为了测量立铣刀切削温度，通过改进刀柄的结构，把测温数据采

2、集模块安装到刀柄内部，使其和刀柄一同旋转，通过无线通讯传输到上位机，读取并转换为温度值实时显示，实现高速切削刀具刃区温度的实时、直接、连续测量，为刀具磨损破损研究提供更加直接有力的实验数据。本文以广泛应用的BT40刀柄和HSK-A63刀柄为研究对象，开展了热电偶测温刀柄的结构设计、相关理论研究、仿真分析及实验研究工作。具体如下：综合考虑现有刀柄的适用转速范围，选定BT40和HSK-A63两种刀柄为研究对象。阐述两种刀柄的结构特点和性能，以弹塑性力学为基础，构建了主轴-刀柄联接系统理论分析模型。根据国际标准和国家标准规定的锥

3、柄结构及数据采集模块的需求设计出热电偶测温刀柄，在对刀柄不断优化和改进的基础上，完成两种工具系统的结构设计。基于BT40及HSK-A63刀柄的结构设计和理论分析，利用Pro/E5.0软件建立工具系统和数据采集模块的三维实体模型。根据结构中各个部件的材料性质在有限元软件中分别设置材料属性，依据结构实际工作情况对有限元模型进行合理的加载和约束，并在划分出比较优良网格单元的前提下，分析工具系统和数据采集模块在工况下的应力场和应变场，对不合理的部分进行调整并修改前期结构设计，进一步改进刀柄的结构形式，从而对其进行优化设计。利用有限

4、元模态分析功能，构建了热电偶测温工具系统的动力学模型，计算出工具系统在自由状态和工况约束状态下的固有频率和振型；然后，利用有限元软件研究和分析了在不同动态激励作用下，承受不平衡量的工具系统所产生的动态响应及变化规律。工具系统的实验研究，确定模态和动态测试实验研究的原理和方法，完成实验装置的布置、装配和调试。通过对测温工具系统进行模态实验研究，对有限元模型的正确性进行了验证，同时，实验的结果验证了其有限元仿真结果的合理性。动态特性实验测试了BT40测温工具系统对机床振动的影响情况，结果显示该测温工具系统能够满足测温的需求。最

5、后在专用动平衡机上对HSK-A63工具系统进行了动平衡测试，经过多次平衡校正，该工具系统完全能够完成高速测温的需求。I关键词：工具系统，结构设计，动静平衡特性，理论分析，实验研究IITheStructureDesignofEmbeddingToolHolderandtheResearchonitsDynamicCharacteristicsAnalysisAbstractWiththedevelopmentoffastfeedspeedonnumericalcontrolmachinetoolandmanufacturec

6、enter,thelargeamountofcuttingheatwhichgeneratedinthehighspeedmillingcuttingprocess,haveafatiguedimpactontheflatendmill,aggravatethewearandbreakageinvalidationofthetoolandaffectthemachiningprecision.Inordertomeasurethecuttingtemperatureofendmills,thetoolholderstruc

7、tureisimprovedbyembeddingelectronictemperaturemeasuredevicesintothetoolholder.Theelectronictemperaturemeasuredevicewillrotatetogetherwiththetoolholder.ThetemperaturedatawillbetransmittedwirelesslyanddisplayedonthePCinrealtime.Thisimprovedtoolholderstructurewillach

8、ieveareal-time,directandsuccessivecuttingedgetemperaturemeasurementinthehighspeedcutting.Theseresultswillprovidemoresubstantialexperimentdatafortheweara