項(xiàng)目申請書-HSK刀具系統(tǒng)的力學(xué)模型及其應(yīng)用

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)書博士研究生□碩士研究生√攻讀方式：非定向√定向□委托培養(yǎng)□自籌經(jīng)費(fèi)□專業(yè)名稱：機(jī)械制造及其自動化研究方向：高速精密加工技術(shù)申請項(xiàng)目名稱：HSK刀具系統(tǒng)的力學(xué)模型及其應(yīng)用指導(dǎo)老師：王樹林所在學(xué)校：江蘇大學(xué)江蘇省學(xué)位委員會制表江蘇省教育廳年月填表說明一、填寫本表前，應(yīng)先仔細(xì)閱讀《江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)施與管理辦法》等有關(guān)文件及本說明，務(wù)必實(shí)事求是填寫。二、本表作為江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目立項(xiàng)評審與立項(xiàng)課題存檔備查之用，用A4紙雙面打印，一式3份報(bào)送省教育廳。三、填寫本表欄目時，如需要可加附頁。四、本表所有信息必須全部填寫，不存在的內(nèi)容一律填“無”。項(xiàng)目概況項(xiàng)目名稱高速加工HSK工具系統(tǒng)的力學(xué)模型的研究項(xiàng)目類別A.人文社科項(xiàng)目□B.自然科學(xué)項(xiàng)目√起止年限年6月至年5月專業(yè)代碼專業(yè)名稱機(jī)械制造及其自動化重點(diǎn)學(xué)科國家級□省級√申請人姓名性別男出生年月博（碩）士入學(xué)年月所在院系機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械制造及其自動化系聯(lián)系電話電子信箱一、立項(xiàng)依據(jù)（包括項(xiàng)目來源，研究意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢等）1.1項(xiàng)目來源本項(xiàng)目來源于國家“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“高速加工工具系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用”子課題“工具系統(tǒng)基礎(chǔ)共性技術(shù)研究”。1.2研究意義。近幾年,我國大型制造企業(yè)從國外引進(jìn)了許多先進(jìn)機(jī)床、加工中心和生產(chǎn)線,其中有不少機(jī)床采用了新一代工具系統(tǒng)——HSK工具系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的BT(7∶24錐度)工具系統(tǒng)比較,該工具系統(tǒng)在與機(jī)床的定位精度和連接剛度等方面具有優(yōu)異的性能,被視為21世紀(jì)最有發(fā)展前途的工具系統(tǒng)。由于HSK工具系統(tǒng)的加工要求極高,為了補(bǔ)充生產(chǎn)中的消耗,我國每年不得不花費(fèi)大量外匯進(jìn)口其配件。鑒于我國在該領(lǐng)域尚處于吸收、消化進(jìn)口技術(shù)的階段,加強(qiáng)HSK工具系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究,掌握其制造與使用的關(guān)鍵技術(shù),對提高我國工具系統(tǒng)的制造水平,開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的工具系統(tǒng),促進(jìn)我國高速加工、精密與超精密加工及自動化加工發(fā)展具有重要意義。注：項(xiàng)目名稱應(yīng)簡潔明了，字?jǐn)?shù)限25個漢字內(nèi)。1.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前國外采用較多的是如下簡單力學(xué)模型：雖然這個簡單的力學(xué)模型可以很好地對HSK工具系統(tǒng)的剛度特性進(jìn)行定性的分析，但還不能用于剛度的定量分析。如果要建立能夠用于定量分析的HSK工具系統(tǒng)的力學(xué)模型，首先必須考慮刀柄和主軸軸向的結(jié)構(gòu)剛度、刀柄和主軸端面的接觸剛度以及刀柄和主軸錐孔之間的徑向壓力和摩擦力等因素。另外夾緊系統(tǒng)對刀柄的夾緊是多點(diǎn)分布夾緊而非單點(diǎn)的集中夾緊。1.4成果的應(yīng)用及前景分析如果能夠建立更有效的HSK工具系統(tǒng)的力學(xué)模型，從而就能有助于關(guān)于HSK工具系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，為我國開發(fā)新一代工具系統(tǒng)，制定相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)提供理論指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)[1]SchulzH．Whyhighspeedcutting［J］．ProcInternationalConferenceonHighSpeedMachining，2004，31（2）：1-20．[2]王貴成，王樹林，董廣強(qiáng).高速加工工具系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.[3]成都工具研究所、張鐵銘.HSK工具錐柄的檢測與動平衡[J].工具技術(shù),2001(2):27-30.[4]彭中偉，王志剛，徐雷達(dá),李馳名.RFID高速刀柄動平衡的研究[J].工具技術(shù)，2011（10）：15-17.[5]沈春根，王樹林，王貴成.HSK工具系統(tǒng)動不平衡量的檢測[J].現(xiàn)代制造工程,2004(6):70-72.[6]宋志鵬,王貴成,王樹林,劉鋼.HSK熱裝刀柄—刀具系統(tǒng)徑向剛度分析[J].工具技術(shù)2010年,44(8)11-15.[7]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1996:117-160.[8]郁君健,王貴成.HSK刀柄不平衡引起振動信號的特征分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012(1):144-145.[9]王樹林，王貴成，梁彥學(xué).高速加工刀具的動平衡失穩(wěn)[J].中國機(jī)械工程,2003(9):1454-1456.[10]王樹林HSK高速加工工具系統(tǒng)性能及其應(yīng)用基礎(chǔ)及研究.江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文，2003.6.二、研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬解決的主要問題2.1研究目標(biāo)在對HSK工具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,建立HSK工具系統(tǒng)的力學(xué)模型。利用該模型,計(jì)算HSK工具系統(tǒng)許用載荷,進(jìn)而討論影響HSK工具系統(tǒng)精度、剛度的關(guān)鍵制造技術(shù)以及使用中應(yīng)該注意的問題。2.3擬解決的主要問題1.建立HSK工具系統(tǒng)的力學(xué)模型。2.分析HSK工具系統(tǒng)的軸向剛度。3.分析HSK工具系統(tǒng)的徑向剛度。4.分析HSK工具系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度。三、課題的研究思路與方法、技術(shù)路線、試驗(yàn)方案（含創(chuàng)新性）及其可行性分析3.1研究思路與方法本項(xiàng)目的指導(dǎo)思想和研究方法主要是在分析HSK結(jié)構(gòu)特性和性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合彈性力學(xué)和材料力學(xué)理論，進(jìn)行建立HSK刀具系統(tǒng)的力學(xué)模型。由于HSK刀柄采用錐面和端面雙向定位方式,工作時,夾緊機(jī)構(gòu)從HSK刀柄后端的內(nèi)部將其軸向拉緊,通過后端空心錐柄的徑向彈性變形,使HSK凸緣端面與主軸端面緊密貼合在一起,這樣,端面起到了支承作用,它阻止了HSK刀柄的變形。只要保證整個凸緣端面與主軸端面緊密貼合,即整個凸緣端面上的接觸應(yīng)力大于零,則HSK刀柄的變形主要是其前端圓柱部分的變形,由于該部分圓柱直徑比同規(guī)格的BT刀柄大許多,所以HSK工具系統(tǒng)的剛度比傳統(tǒng)的BT工具系統(tǒng)的剛度高許多倍。當(dāng)載荷繼續(xù)增加,凸緣端面邊界的接觸應(yīng)力為零后,凸緣端面的支撐作用開始減弱,HSK工具系統(tǒng)的剛度開始下降,特別是當(dāng)凸緣端面和主軸端面的分離點(diǎn)到達(dá)空心錐體根部邊界后,剛度將急劇下降。3.2試驗(yàn)方案本項(xiàng)目擬采用理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析相結(jié)合，從而驗(yàn)證模型建立的合理性。首先，對HSK工具系統(tǒng)的軸向剛度進(jìn)行研究，分析HSK工具系統(tǒng)軸向剛度中的高剛度段與刀柄和主軸端面之間的接觸剛度之間的關(guān)系，以及夾緊機(jī)構(gòu)的剛度與HSK工具系統(tǒng)軸向剛度中的低剛度段的剛度之間的關(guān)系。其次，對HSK工具系統(tǒng)的徑向剛度進(jìn)行研究，分析HSK工具系統(tǒng)的徑向剛度與端面的支撐效果之間的關(guān)系，以及夾緊系統(tǒng)對接口剛度的影響，載荷對連接剛度的影響，刀柄尺寸對接口剛度的影響。接著，對HSK工具系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行研究，分析HSK工具系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)變形與扭矩的傳遞方式之間的關(guān)系，以及端面和錐面?zhèn)鬟f扭矩的變形情況。最后，結(jié)合以上研究成果，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行反饋模擬，及時對實(shí)驗(yàn)過程中相關(guān)數(shù)據(jù)分析與處理，進(jìn)行模型的搭建。創(chuàng)新點(diǎn)：本課題的創(chuàng)新點(diǎn)也是最關(guān)鍵的技術(shù)問題：建立更有效的HSK工具系統(tǒng)的模型，進(jìn)而利用該模型分析HSK工具系統(tǒng)的軸向剛度、徑向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度。3.3可行性分析申請人仔細(xì)閱讀了大量表面完整性方面的文獻(xiàn)資料，并且本團(tuán)隊(duì)在高速加工工具系統(tǒng)方面做了大量的研究，為本研究提供了良好的前期工作。而且研究所的前輩師兄們，留給了我們豐富的知識、經(jīng)驗(yàn)和研究基礎(chǔ)，教我們掌握了先進(jìn)的研究手段。另一方面，申請人的導(dǎo)師是王樹林，江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”中青年科學(xué)技術(shù)帶頭人，在精密與高速加工技術(shù)方面開展了大量的研究工作，特別是在精密加工零件表面棱邊質(zhì)量、高速加工工具系統(tǒng)研究領(lǐng)域，研究具有鮮明的特色，研究水平處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，部分達(dá)到國際先進(jìn)水平。王教授還主持國家“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目--高速加工工具系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用。通過理論和試驗(yàn)研究，對國際標(biāo)準(zhǔn)ISO12164進(jìn)行了校正，為確保高速加工安全提供了理論依據(jù)；建立了HSK刀柄系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，給出其載荷和剛度計(jì)算公式，為發(fā)展工具系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造和檢測理論，解決我國每年花費(fèi)600～900萬美元進(jìn)口高速刀柄問題做出了重要貢獻(xiàn)。先后主持并承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金、國家科技攻關(guān)計(jì)劃、部省應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，已通過省級鑒定的項(xiàng)目有7項(xiàng)，獲省部級科技進(jìn)步二、三等獎7項(xiàng)，申報(bào)國家發(fā)明專利4項(xiàng)。在國內(nèi)外核心學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文40余篇。四、研究工作的總體安排及進(jìn)度（1）2013年6-8月了解研究國內(nèi)外相關(guān)的研究報(bào)告、文獻(xiàn)資料，對HSK刀具系統(tǒng)有更詳細(xì)的研究，并完成研究工作詳細(xì)方案的制定，做好實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器的準(zhǔn)備等。（2）2013年9-12月分析刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性和性能特點(diǎn)，學(xué)習(xí)相關(guān)的彈性力學(xué)和材料力學(xué)理論。（3）2014年1-5月建立HSK工具系統(tǒng)的力學(xué)模型。（4）2014年6-10月結(jié)合力學(xué)模型，分析工具系統(tǒng)的軸向剛度、徑向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度。（5）2014年11月-2015年3月結(jié)合提出的方法或者工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。（6）2015年4-5月提交項(xiàng)目研究總結(jié)報(bào)告，組織課題結(jié)題。五、研究工作的預(yù)期成果及成果提交形式預(yù)期成果：得出更有效的HSK工具系統(tǒng)的力學(xué)模型，更深入的分析HSK工具系統(tǒng)的軸向剛度、徑向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度。成果提交形式：申請發(fā)明專利1-2件，發(fā)表論文1-2篇。提交項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告。六、研究基礎(chǔ)和工作條件（申請人與本課題有關(guān)的研究成果，含承擔(dān)項(xiàng)目、發(fā)表論文、獲獎、國內(nèi)外評價(jià)與引用情況；現(xiàn)有的主要儀器設(shè)備、研究技術(shù)及協(xié)作條件等）1.軸向剛度的測試系統(tǒng)：主要進(jìn)行軸向剛度的測試。2.徑向剛度的測試系統(tǒng)：主要進(jìn)行徑向剛度的測試。3.扭轉(zhuǎn)剛度的測試系統(tǒng)：主要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度的測試。4.數(shù)值模擬及有限元分析軟件：用于數(shù)值模擬和有限元分析5.機(jī)床設(shè)備：進(jìn)行工件的加工。另外，課題組與多個公司有緊密的產(chǎn)學(xué)研合作，可充分利用企業(yè)及研究所條件進(jìn)行高速加工工具系統(tǒng)的研究?？梢?，項(xiàng)目組具備了開展本項(xiàng)目研究的實(shí)驗(yàn)條件。七、經(jīng)費(fèi)概算（單位：萬元）支出科目金額計(jì)算根據(jù)及理由實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)1.8000外地實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，基體試樣的購置論文專利發(fā)表費(fèi)0.6000申飛請專利1-3件，發(fā)表論文1-2篇實(shí)驗(yàn)分析費(fèi)0.80000模型仿真，數(shù)值分析，試驗(yàn)研究差旅費(fèi)及其他0.20000合計(jì)3.40000八、申請者承諾申請人保證上述內(nèi)容的真實(shí)性。如獲資助，保證遵守“江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃”項(xiàng)目實(shí)施與管理辦法。申請人簽名：年月日九、導(dǎo)師推薦意見