精密机床主轴弹簧夹头夹紧力计算方法研究.pdf

2014年4月
机床与液压
Apr.2014
第42卷第8期
MACHINE TOOL & HYRAULICS
Vol 42 No&
DOI:10.3969/j.is.1001-3881.2014.08.015
精密机床主轴弹簧夹头夹紧力计算方法研究
张国智
(新乡学院杌电工程学院,河南新乡453000
摘要;研究精密机床主轴弹簧夹头夹紧力计算方法,建立了弹簧夹头夹紧力的可靠性分析模型,并对某精密机床主轴
弹簧夹头夹紧力可靠度进行了计算;建立了整个弹簧夹头夹紧机构的非线性有限元模型,通过与理论计算结果的对比验证
了有限元模型的准确性;通过有限元分析得到了弹簧夹头夹紧状态下夹紧面接触变形规律,为精密机床主轴弹簣夹头的设
计及性能分析提供了方法和依据。
关键词:弹簧夹头;夹紧力;可靠性;有限元;非线性
中图分类号:TH12文献标识码:A文章编号:1001-3881(2014)8-044-3
Study on Calculation Method of the Tight Force of the Spring Collet of
Precision Machine Tool Spindle
ZHANG Guozhi
(Mechanical and Electrical Engineering College, Xinxiang University, Xinxiang Henan 453000, China)
Abstract The calculation method of the tight force of the spring collet of precision machine tool spindle was studied. Its reliabil
ity analysis model was established, and the reliability of the tight force of the spring collet of precision machine tool spindle was calcu-
lated. Moreover, the nonlinear finite element model of the whole spring collet tight device was established, and it was verified through
comparing with the theoretical results. From the results of FEA, the contact deformation law between clamping surfaces was obtained
It provides method and basis for design and performance analysis of spring collet of precision machine tool spindle
Keywords: Spring collet; Tight force; Reliability; Finite element; Nonlinear
随着制造技术的飞速发展,近年来关于精密机床如图2所示,弹簧夹头的受力分析如图3所示,将弹
的制造技术备受国内外学者及工程技术人员的关簧夹头的每一瓣夹爪视为悬臂梁,根据材料力学
注,因而,关于可靠性要求较高的如精密机床主轴弹簧夹头的变形阻力为
弹簧夹头2-?等的精密机床重要部件的研究尤为重
BE/A
要。弹簧夹头是精密机床主轴夹紧的重要装置,直接
影响到精密机床加工精度及表面加工质量,该装置具其中,毎瓣扇形环截面的惯性矩为
有工作稳定可靠、精度重复性好的特点。为了实现
精密机床主轴弹簧夹头的精确设计,提高其夹紧的可
8(6+sinbcos8-4sinb
B
靠性,必须针对弹簧夹头的夹紧机制进行深人系统的
式中:E为弹簧夹爪材料的弹性模量,Δ为弹簧夹爪
研究,并结合有效的可靠性分析方法对弹簧夹头的夹与工件的直径间隙,δ为簧瓣薄壁厚度,d为资瓣的
紧可靠性进行有效的预测。目前,关于这方面的研究外径,∠为夹爪计算长度,β为每瓣夹爪的扇形角的
尚不深入、系统。据此,作者结合有限元仿真方法研
半
究弹簧夹头夹紧过程中夹紧面的接触状态对夹紧的影
响机制,此外,在夹紧力理论计算模型基础上,结
可靠性分析方法分析材料性能及夹紧参数的随机变化
对夹紧性能的影响,从而为精密机床主轴弹簧夹头的
精确设计提供分析方法和设计依据。
弹簧夹头夹紧力可靠性分析模型的建立
弹簧夹头的结构如图1所示,夹紧机构装配简图
图1弹簧夹头结构简图
收稿日期:2013
基金项目:河南省教育厅自然科学研究计划项目(2011C46000
作者简介:张国智(1978-),男,工学博士,副教授,研究方向为有限元数值模拟、工程中的优化方法、宏微观塑性力
学、生物力学等。E-mail:guozhi_z126.com