提高高速銑刀安全性的措施

結(jié)合高速銑刀安全性標(biāo)準(zhǔn)，通過有限元計(jì)算模型的分析，為適應(yīng)安全性要求，可采取以下措施：

    （1）減輕刀具質(zhì)量，減少刀具構(gòu)件數(shù)，簡(jiǎn)化刀具結(jié)構(gòu)由試驗(yàn)求得的相同直徑的不同刀具的破裂極限與刀體質(zhì)量、刀具構(gòu)件數(shù)和構(gòu)件接觸面數(shù)之間的關(guān)系，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，刀具質(zhì)量越輕，構(gòu)件數(shù)量和構(gòu)件接觸面越少，刀具破裂的極限轉(zhuǎn)速越高。研究發(fā)現(xiàn)，用鈦合金作為刀體材料減輕了構(gòu)件的質(zhì)量，可提高刀具的破裂極限和極限轉(zhuǎn)速。但由于鈦合金對(duì)切口的敏感性，不適宜制造刀體，因此有的高速銑刀已采用高強(qiáng)度鋁合金來制造刀體。

    在刀體結(jié)構(gòu)上，應(yīng)注意避免和減小應(yīng)力集中，刀體上的槽（包括刀座槽、容屑槽、鍵槽）會(huì)引起應(yīng)力集中，降低刀體的強(qiáng)度，因此應(yīng)盡量避免通槽和槽底帶尖角。同時(shí)，刀體的結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)稱于回轉(zhuǎn)軸，使重心通過銑刀的軸線。刀片和刀座的夾緊、調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能消除游隙，并且要求重復(fù)定位性好。目前，高速銑刀已廣泛采用HSK刀柄與機(jī)床主軸連接，較大程度地提高了刀具系統(tǒng)的剛度和重復(fù)定位精度，有利于刀具破裂極限轉(zhuǎn)速的提高。此外，機(jī)夾式高速銑刀的直徑顯露出直徑變小、刀齒數(shù)減少的發(fā)展趨勢(shì)，也有利于刀具強(qiáng)度和剛度的提高。

    （2）改進(jìn)刀具的夾緊方式

    模擬計(jì)算和破裂試驗(yàn)研究表明，高速銑刀刀片的夾緊方法不允許采用通常的摩擦力夾緊，要用帶中心孔的刀片、螺釘夾緊方式，或用特殊設(shè)計(jì)的刀具結(jié)構(gòu)以防止刀片甩飛。刀座、刀片的夾緊力方向最好與離心力方向一致，同時(shí)要控制好螺釘?shù)念A(yù)緊力，防止螺釘因過載而提前受損。對(duì)于小直徑的帶柄銑刀，可采用液壓夾頭或熱脹冷縮夾頭實(shí)現(xiàn)夾緊的高精度和高剛度。

    （3）提高刀具的動(dòng)平衡性

    提高刀具的動(dòng)平衡性對(duì)提高高速銑刀的安全性有很大的幫助。因?yàn)榈毒叩牟黄胶饬繒?huì)對(duì)主軸系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)附加的徑向載荷，其大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比。設(shè)旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量為m，質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)體中心的偏心量為e，則由不平衡量引起的慣性離心力F為：

F=emω2=U（n/9549）2

    式中：U為刀具系統(tǒng)不平衡量（g·mm），e為刀具系統(tǒng)質(zhì)心偏心量（mm），m為刀具系統(tǒng)質(zhì)量（kg），n為刀具系統(tǒng)轉(zhuǎn)速（r/min），ω為刀具系統(tǒng)角速度（rad/s）。

    由上式可見，提高刀具的動(dòng)平衡性可顯著減小離心力，提高高速刀具的安全性。因此，按照標(biāo)準(zhǔn)草案要求，用于高速切削的銑刀必須經(jīng)過動(dòng)平衡測(cè)試，并應(yīng)達(dá)到ISO1940－1規(guī)定的G4.0平衡質(zhì)量等級(jí)以上要求。