[发明专利]刀具-刀柄-主轴系统结合部静刚度分析装置及分析方法

说明书

本发明主要针对刀具‑刀柄‑主轴系统结合部静刚度分析装置及分析方法，用来进行模拟测试和显示分析，获得刀具‑刀柄结合部和刀柄‑主轴结合部的静刚度值。该装置包括了测试箱体，刀具，刀柄，拉刀结构，模拟主轴头，轴向、径向加载装置，轴向、径向压力传感器，轴向、径向位移传感器及其支架，控制箱数显表和计算机。本发明可以实现多种类型的刀具‑刀柄‑主轴系统静刚度测试，测试时拆装方便，获得的数据可以通过控制箱数显表显示记录，也可以输出到计算机上显示分析，对研究刀具‑刀柄‑主轴系统的静态性能具有重要意义。

技术领域

本发明属于机械设计制造技术领域，具体涉及一种刀具-刀柄-主轴系统的结合部静刚度模拟测试分析装置及方法。

背景技术

高速加工机床是一个国家制造业发达的基本指标，而高速加工工具系统的性能直接影响到加工机床的加工性能。高速加工工具系统可以简单概括为刀具-刀柄-主轴系统，由于工具系统中的刀柄、刀具、主轴等材料静刚度已经确定，所以系统中传递动力和精度的部分，即结合部，对系统性能的影响尤为重要。影响刀柄-主轴结合部刚度的因素主要是拉刀结构的拉紧力，影响刀具-刀柄结合部刚度的因素主要是刀具刀柄的配合长度，目前实际加工过程中，对此没有科学合理的有效参考依据，不合理的拉紧力、刀具过盈量和配合长度会影响机床的加工精度和质量，严重情况下还会损坏部件，引发重大安全事故，本发明的目的即通过实验方法研究不同拉紧力状态下刀柄-主轴结合部和不同刀具过盈量、不同配合长度下刀具-刀柄结合部的刚度变化规律，将数据显示记录，并交由计算机辅助分析，可以合理确定刀柄拉紧力、刀具过盈量和刀具刀柄配合长度，对提高机床的加工质量、精度与效率具有重要意义。

HSK刀柄作为目前市场上高速数控机床和加工中心最常用的刀柄工具，具有刚度高、连接性能可靠、传动链短等优点，但是该型刀柄成为国际标准的时间短，市场用户对其有很多错误认识，很多问题也没有足够的科学论证，缺乏完整全面的使用规范，如拉紧力大小和拉刀结构的标准不满足加工精度要求，刀柄、刀具过盈量和刀具刀柄配合长度没有依据标准。因此研究其与主轴、刀具结合部的静刚度对提高机床加工性能具有重要意义。

发明内容

为了解决上述现有技术上的缺陷，本发明提供一种刀具-刀柄-主轴系统的结合部静刚度模拟测试分析装置，其特征包含：

测试箱体，

所述测试箱体第一侧面嵌入并固定有模拟主轴头前端，且延伸在测试箱体里面的模拟主轴头前端部分之上设置有刀柄，组成刀柄-主轴结合部；

在测试箱体外面的所述模拟主轴头前端部分与模拟主轴头后端连接，并在所述模拟主轴头后端设置施加轴向力给所述刀柄-主轴结合部的轴向加载装置；

所述测试箱体顶部嵌入并固定施加径向力给所述刀柄-主轴结合部的径向加载装置；

所述刀柄的下侧设置第一径向位移传感器、第二径向位移传感器，检测刀柄相对于主轴头前端的位移。

优选地，所述轴向加载装置包含：拉杆、轴向加载螺母、平面轴承、轴向压力传感器、碟形弹簧、垫圈A和垫圈B；

所述轴向压力传感器第一侧面与所述模拟主轴头后端连接；

所述拉杆依次穿过碟形弹簧、垫圈A、平面轴承、垫圈B、轴向压力传感器、模拟主轴头后端、模拟主轴头前端后，第一末端接触所述模拟主轴头前端设置的拉刀结构；

所述轴向加载螺母设置在所述拉杆的第二末端；

所述平面轴承防止旋转运动传给轴向压力传感器，所述碟形弹簧在使用过程中上紧所述垫圈A和垫圈B。

优选地，所述刀柄的上下两侧设置第一轴向位移传感器、第二轴向位移传感器，检测刀柄在拉紧力加大的过程中对刀柄的轴向倾斜情况。

优选地，在所述模拟主轴头前端设置轴向位移传感器支架，支撑所述第一轴向位移传感器、第二轴向位移传感器；