[发明专利]一种机床主轴与刀柄配合结构尺寸的优化方法

摘要

本发明提供一种机床主轴与刀柄配合结构尺寸的优化方法，1.建立刀柄、与刀柄配合部分的主轴结构的三维几何模型，并对几何模型进行简化；建立刀柄和主轴结构的有限元分析模型；2.进行静力学仿真分析，分析结合面的接触压强以及刀柄与主轴的位移变形；3.对各个节点的坐标位置以及对应的径向相对变形量进行修正；4.计算刀柄锥面与主轴锥孔之间的实际配合量，确定配合类型；计算主轴‑刀柄结合面大端的配合量与小端配合量的差值；5.分析结合面上的接触压强，同时根据接触压强判断结合面大端主轴与刀柄是否脱离接触；6.取刀柄在结合面大端位置第k+1次的直径尺寸为优化结果，避免“喇叭口”引起的主轴‑刀具系统刚度和固有频率的下降。

主权项

1.一种机床主轴与刀柄配合结构尺寸的优化方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤一，建立刀柄、与刀柄配合部分的主轴结构的三维几何模型，并对几何模型进行简化；将简化后的模型分别进行单元网格划分，设定刀柄和主轴结构的配合参数，建立刀柄和主轴结构的有限元分析模型；步骤二，对步骤一所建立的有限元分析模型进行静力学仿真分析，分析结合面的接触压强以及刀柄与主轴的位移变形；沿轴向方向上，等距离选取主轴锥孔面以及刀柄外锥面上的N个节点，以主轴锥孔大端位置处作为轴向坐标原点，记录各个节点沿轴向的坐标位置，分别读取并记录仿真分析结果中主轴锥孔、刀柄外锥面在以上N个坐标节点位置的轴向位移以及径向位移量；步骤三：对各个节点的坐标位置以及对应的径向相对变形量进行修正；步骤四：根据步骤三中修正后的节点坐标位置及相对径向位移变形量，计算刀柄锥面与主轴锥孔之间的实际配合量，也就是结合面的径向配合量，确定配合类型；计算主轴‑刀柄结合面大端的配合量与小端配合量的差值，记为Δδ；步骤五，以主轴‑刀柄结合面大端的配合量与小端配合量的差值Δδ作为增量对主轴‑刀柄结合面大端位置的刀柄的直径尺寸进行修改，记刀柄在结合面大端位置的直径为D，在第k次仿真分析时，增加其尺寸到D+kΔδ,k＝1,2...，重复步骤一与步骤二，分析结合面上的接触压强，同时根据接触压强判断结合面大端主轴与刀柄是否脱离接触，即是否出现喇叭口现象；步骤六，若第k次优化后结合面大端依旧脱离接触，而第k+1次增加刀柄在结合面大端位置的直径尺寸时，结合面大端不再脱离接触，则取刀柄在结合面大端位置第k+1次的直径尺寸为优化结果。