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刀柄作为高速加工工具系统中刀具/主轴连接的关键部件,直接影响高速加工的质量和效率,已成为国内外学者关注和研究的热点。KM刀柄因具有定位精度高、动静态刚度大、装夹过程简易便于换刀等技术优点,在高速加工工具系统中得到日益广泛的应用,但KM刀柄由于专利保护撤销时间晚,我国对其结构和性能的相关研究较少。KM刀柄关键尺寸的制造精度很大程度上影响着刀柄的性能,因而研究KM刀柄关键尺寸的测量方法及其装置,对于保证KM刀柄的制造质量以及推广KM工具系统在我国高速加工领域的应用具有重要的理论意义和工程实用价值。本文基于KM刀柄相关标准ISO 26622-1的分析,开展影响刀柄性能的关键尺寸及其检测技术和装置研究,主要工作及成果有:(1)基于KM刀柄结构的定位与夹紧原理,结合KM刀柄国际标准,初步确定了可能会影响KM刀柄性能的八项尺寸,纠正了现有KM国际标准中在尺寸标注和视图表达上存在的两处错误;通过理论分析的方法研究出影响刀柄系统定位精度以及实际功能的五组关键尺寸。(2)依据KM刀柄标准中尺寸相关的技术要求,分析了刀柄椎体、钢球锁紧孔斜面、退刀面深度以及刀柄密封面深度等关键尺寸的测量方法及其实现技术。利用锥体的几何关系,将不易直接测量的刀柄锥体关键尺寸转换成为容易测量的大、小端尺寸,按满足最小制造误差的原则确定了大、小端尺寸的公差;通过刀柄钢球锁紧孔斜槽面的几何结构分析,设计了专门用于斜槽面位置尺寸测量过程自动化的测量机构,为研发KM刀柄关键尺寸集成测量系统奠定了基础。在此基础上拟定了KM工具柄检测方法的行业标准草案。(3)基于KM刀柄关键尺寸测量方法的理论研究,确定了适用于刀柄关键尺寸综合测量系统的整体设计方案,完成了对测量系统的自动定位装置、测量传感器元件以及电控仪器等部分集成的技术研究,开展了刀柄大小端尺寸测量精度及重复性的试验研究,依据测量系统分析(MSA)的相关理论和方法,计算测量系统重复精度能力系数Cg和准确精度能力系数Cgk,完成对设计的测量系统性能评定。本研究获得国家自然科学基金项目“高档数控机床主轴/刀柄接口设计方法与检测技术的研究”(项目号:51275217)和国家科技重大专项“高性能数控刀具性能测试与检测技术平台的研究”(项目号:2013ZX04003044)支持,研究工作丰富了工具系统的设计与测量理论,提升了我国工具系统的开发能力,为KM刀柄的国产化提供了有力的技术支持。