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切削技术是机械制造行业的传统基础工艺之一,自二十世纪八十年代以来,制造技术的全面进步,已把切削技术推向高速/超高速切削的新阶段。加工系统由三大部分构成,即机床、刀具联接系统和刀具切削部分。其中大功率、高速、高刚性机床已经上市,同时高性能的切削刀具材料也已研制成功,相比之下,刀具的联接系统成为整个加工系统的最薄弱环节之一。作为机床主轴与切削刀片之间的联接,刀具联接系统的作用有两方面:一是定位,二是夹紧。它在工作时,几个联接表面之间不可避免地存在一定的间隙,这就会影响加工精度,并导致微小振动,使得加工表面质量差,刀具寿命缩短,尤其是在高速旋转时更为明显。所以,刀具联接系统的性能提高对于整个加工系统来说,具有重要意义。 本文首先介绍了高速/超高速切削技术的理论体系及其发展趋势,阐述了刀具联接系统的研究现状;并从机床技术(如高速主轴部件、进给部件及其控制系统、加工测试技术等)和刀具技术(如刀具材料、涂层技术等)两个方面介绍了高速/超高速切削技术相关设备的发展、应用。 然后应用弹塑性力学理论,通过平衡方程、弹性本构方程、几何方程以及边界条件的确立,建立了高速状态下刀具联接系统理论分析模型,对离心力作用下的模型的变形做了理论分析,并计算出了高速旋转状态下刀柄的弹塑性极限转速。 最后,通过选取目前应用最为广泛的传统7/24联接系统和最具有发展前景的HSK联接系统,采用有限元方法和多项式拟合,研究了在高速状态下,离心力成为主要载荷的情况下典型刀具联接系统的应力和应变情况,并分析了由于刀柄和主轴膨胀变形的不同,而对于刀具联接系统的刚度和定位精度产生的影响。结果表明,HSK联接系统比7/24联接更适合于高速加工。在此基础上,进一步通过有限元模拟,分析了轴向预紧力的大小,公差及过盈量的变化对HSK刀具联接系统性能的影响。