【摘 要】
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高速主轴系统是高精度、高性能机床的核心部件之一,主轴-刀柄联接部件作为高速主轴系统最重要的组成部分,其配合界面的接触特性会随着高速主轴运行状态的改变而呈现出配合松动、弯曲变形等问题,将制约高速主轴系统的回转精度、振动性能,从而影响产品的加工质量。本文针对锥度为7/24的BT50主轴-刀柄圆锥配合界面的接触特性问题,从主轴-刀柄承受与实际工况较相符的多载荷角度出发,在弹性力学的基础上,假设主轴-刀柄
【基金项目】
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“考虑界面接触参数影响的大功率高速主轴高回转精度基础研究” （课题编号50965035）国家自然科学基金资助项目；
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高速主轴系统是高精度、高性能机床的核心部件之一,主轴-刀柄联接部件作为高速主轴系统最重要的组成部分,其配合界面的接触特性会随着高速主轴运行状态的改变而呈现出配合松动、弯曲变形等问题,将制约高速主轴系统的回转精度、振动性能,从而影响产品的加工质量。本文针对锥度为7/24的BT50主轴-刀柄圆锥配合界面的接触特性问题,从主轴-刀柄承受与实际工况较相符的多载荷角度出发,在弹性力学的基础上,假设主轴-刀柄圆锥配合界面的边界条件,分别建立了轴向力-离心力耦合下主轴-刀柄配合界面接触变形的理论模型,轴向力-离心力、轴向力-离心力-切削力、轴向力-离心力-主轴温升等多载荷耦合作用下的主轴-刀柄配合界面有限元模型,并得到了上述各因素对高速主轴-刀柄配合界面接触特性的影响规律;最后通过高速主轴回转精度实验验证了多载荷耦合作用下的高速主轴-刀柄配合界面有限元模型的准确性,为提高高速主轴-刀柄系统联接性能提供了理论依据。本论文的主要研究内容和结果如下:（1）高速主轴-刀柄配合界面接触变形理论模型。在假设边界条件1和2下,采用弹性力学理论,建立了轴向力-离心力耦合作用下高速主轴-刀柄配合界面轴线方向的接触变形理论模型,发现在两种边界下:离心力固定时,轴向力的增加会导致主轴锥面的径向变形量变大,刀柄锥面的径向变形量降低;轴向力固定时,转速的升高,会导致主轴和刀柄锥面的径向变形量升高。（2）多载荷耦合作用下的高速主轴-刀柄接触特性有限元模型。通过采用4阶44节点六面体等参数网格单元形函数,建立了高速主轴-刀柄配合界面有限元模型,分析了边界条件2下轴向力-离心力、轴向力-离心力-切削力、轴向力-离心力-主轴温升作用下的高速主轴-刀柄圆锥配合界面接触变形、应力等接触参数,发现在轴向力和离心力不变时:切削力越大,背离切削方向的主轴锥面径向变形量越大,刀柄锥面的径向变形量越小;主轴温升越高,主轴-刀柄配合界面的接触变形越小。（3）高速主轴系统回转精度实验对比验证。通过轴向力为15k N,转速分别为6000、7000、8000、9000、10000r/min的主轴回转精度实验对比验证了多载荷耦合作用下的高速主轴-刀柄圆锥配合界面有限元模型的准确性。
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