锥面分段开孔高速刀柄的设计方法＊

陈建超 张子名 戎纪冉 丁明超 王加春 李开颜

（①燕山大学机械工程学院，河北 秦皇岛 066004；②河北省重型智能制造装备技术创新中心，河北 秦皇岛 066004；③国能铁路装备有限责任公司肃宁车辆维修分公司，河北 沧州 062350）

高速刀柄作为高速切削机床主轴与刀具的连接件，其性能直接影响刀具的定位精度及其与主轴的联接刚度，最终影响切削稳定性与精度。各类高速刀柄中，最具代表性的是HSK 刀柄。该系列刀柄为1∶10 短锥结构，采用双面定位的方式，具有较高的重复定位精度。然而HSK 刀柄与主轴在材料属性以及结构形式上的不同，两者在高转速下仍会产生不等量的离心膨胀差，导致刀柄锥面接触应力出现快速下降的情况，限制了刀柄极限转速的进一步提高。国内外学者主要围绕HSK 系列刀柄的参数优化及性能进行研究，如Weck M 等考虑弹性与塑性变形状态，预测了HSK 刀柄与主轴联接时的动态行为[1]。Gilovoi L Y 等改变HSK 刀柄锥体与主轴锥孔间的配合尺寸公差，研究了不同公差下离心力对极限转速的影响以及夹紧机构在离心力作用下的放大效果[2]。东北大学的张国军等建立了不同转速下的工具系统接触力学模型，得到了HSK 刀柄可靠度随转速变化的影响规律[3]。江苏大学的于永慧等对HSK 刀柄内部的拉杆和夹爪分别建立各自的受力模型，经理论计算得出了HSK 刀柄夹紧机构的作用原理及调节夹紧力大小的理论依据[4]。清华大学的李光辉等通过对HSK-63A 型刀柄进行有限元分析，发现刀柄锥面上的接触应力分布是不均匀的，这种应力分布不均的情况会造成刀柄与主轴的局部位置产生受力变形，影响两者的配合精度乃至使用寿命[5]。……