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高速加工技术是集材料科学、工程力学、信息科学、机械动力学和制造科学为一体的高新加工技术,它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在航空航天业、模具工业、电子行业、汽车工业等领域得到越来越广泛的应用,并已取得了重大的技术经济效益,是当代先进制造技术的重要组成部分。高速加工机床与刀具的接口技术直接影响和制约着高速加工的质量和效率,其研究受到国内外学者的高度关注。高速加工用的刀具,尤其是高速旋转刀具,由于旋转速度很高,无论从保证加工精度方面考虑,还是从操作安全方面考虑,对装夹技术有很高的要求,因此高速加工夹头已经成为高速加工技术发展的关键技术之一。
本论文主要运用理论分析、实验分析、数值模拟等方法对高速加工夹头的性能、失效形式和系统刚度进行基础性研究,并基于AutoLISP技术进行了高速加工夹头的参数化设计。本论文研究的主要工作和结论如下:
1.分析典型高速加工夹头的结构与原理,对不同类型装夹方式的铣削力和使用寿命进行实验研究,对夹持精度和使用寿命进行综合对比分析。
2.研究了高速加工中夹头-刀具配合的主要失效形式,分析其主要影响因素；研究表明夹持力失效是夹头-刀具配合的常见失效形式,并针对性地分析影响夹持力大小的因素,为实际使用过程中正确选择相关参数提供理论依据。
3.对高速加工夹头系统的弯曲刚度和扭转刚度进行分析,分析了初始夹紧力、转速、夹持量和悬伸量等参数对系统弯曲刚度和扭转刚度的影响,为合理使用高速加工夹头提供技术指导。
4.基于AutoLISP对高速加工夹头进行了初步参数化设计,设计人机交互界面,建立数据库,对高速加工夹头进行几何参数化设计,大大简化了绘图工作量,提高了绘图的精确性。
本论文是国家自然科学基金(No.50675088、NO.51075192)和高档数控机床与基础制造装备科技重大专项“高速数控机床用新型工具系统”(2009ZX04012-012)的重要组成部分,本文主要针对高速加工夹头进行了理论与实验相结合、仿真模拟验证,研究成果丰富了高速加工夹头设计理论和实际使用理论依据,为高速加工工具系统的设计、制造和使用提供有力的技术支撑。