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刀具安全措施详细介绍
2014/6/19
结合高速铣刀安全性标准，通过有限元计算模型的分析，为适应安全性要求，可采取以下措施：
1．减轻刀具质量，减少刀具构件数，简化刀具结构
由试验求得的相同直径的不同刀具的破裂上限与刀体质量、刀具构件数和构件接触面数之间的关系，经比较发现，刀具质量越轻，构件数量和构件接触面越少，刀具破裂的上限转速越高。研究发现，用钛合金作为刀体材料减轻了构件的质量，可提高刀具的破裂上限和上限转速。但由于钛合金对切口的敏感性，不适宜制造刀体，因此有的高速铣刀已采用高强度铝合金来制造刀体。
在刀体结构上，应注意避免和减小应力集中，刀体上的槽（包括刀座槽、容屑槽、键槽）会引起应力集中，降低刀体的强度，因此应尽量避免通槽和槽底带尖角。同时，刀体的结构应对称于回转轴，使重心通过铣刀的轴线。刀片和刀座的夹紧、调整结构应尽可能消除游隙，并且要求重复定位性好。高速铣刀已广泛采用HSK刀柄与机床主轴连接，较大程度地提高了刀具系统的刚度和重复定位精度，有利于刀具破裂上限转速的提高。此外，机夹式高速铣刀的直径显露出直径变小、刀齿数减少的发展趋势，也有利于刀具强度和刚度的提高。
2．改进刀具的夹紧方式
模拟计算和破裂试验研究表明，高速铣刀刀片的夹紧方法不允许采用通常的摩擦力夹紧，要用带中心孔的刀片、螺钉夹紧方式，或用特殊设计的刀具结构以防止刀片甩飞。刀座、刀片的夹紧力方向与离心力方向一致，同时要控制好螺钉的预紧力，防止螺钉因过载而提前受损。对于小直径的带柄铣刀，可采用液压夹头或热胀冷缩夹头实现夹紧的高精度和高刚度。
3．提高刀具的动平衡性
提高刀具的动平衡性对提高高速铣刀的安全性有很大的帮助。因为刀具的不平衡量会对主轴系统产生一个附加的径向载荷，其大小与转速的平方成正比。
设旋转体质量为m，质心与旋转体中心的偏心量为e，则由不平衡量引起的惯性离心力F为：
F=emω2=U（n/9549）2
式中：U为刀具系统不平衡量（g·mm），e为刀具系统质心偏心量（mm），m为刀具系统质量（kg），n为刀具系统转速（r/min），ω为刀具系统角速度（rad/s）。
由上式可见，提高刀具的动平衡性可显着减小离心力，提高高速刀具的安全性。因此，按照标准草案要求，用于高速切削的铣刀须经过动平衡测试，并应达到ISO1940－1规定的G4.0平衡质量等级以上要求。
结语
高速铣刀安全性技术是研究高速刀具的一个重要内容，应加强刀具安全性的定量分析，确定影响高速铣刀安全性的微量因素，并从刀具的材料、结构、制造工艺等方面解决好高速铣刀的安全性。
1．减轻刀具质量，减少刀具构件数，简化刀具结构
由试验求得的相同直径的不同刀具的破裂上限与刀体质量、刀具构件数和构件接触面数之间的关系，经比较发现，刀具质量越轻，构件数量和构件接触面越少，刀具破裂的上限转速越高。研究发现，用钛合金作为刀体材料减轻了构件的质量，可提高刀具的破裂上限和上限转速。但由于钛合金对切口的敏感性，不适宜制造刀体，因此有的高速铣刀已采用高强度铝合金来制造刀体。
在刀体结构上，应注意避免和减小应力集中，刀体上的槽（包括刀座槽、容屑槽、键槽）会引起应力集中，降低刀体的强度，因此应尽量避免通槽和槽底带尖角。同时，刀体的结构应对称于回转轴，使重心通过铣刀的轴线。刀片和刀座的夹紧、调整结构应尽可能消除游隙，并且要求重复定位性好。高速铣刀已广泛采用HSK刀柄与机床主轴连接，较大程度地提高了刀具系统的刚度和重复定位精度，有利于刀具破裂上限转速的提高。此外，机夹式高速铣刀的直径显露出直径变小、刀齿数减少的发展趋势，也有利于刀具强度和刚度的提高。
2．改进刀具的夹紧方式
模拟计算和破裂试验研究表明，高速铣刀刀片的夹紧方法不允许采用通常的摩擦力夹紧，要用带中心孔的刀片、螺钉夹紧方式，或用特殊设计的刀具结构以防止刀片甩飞。刀座、刀片的夹紧力方向与离心力方向一致，同时要控制好螺钉的预紧力，防止螺钉因过载而提前受损。对于小直径的带柄铣刀，可采用液压夹头或热胀冷缩夹头实现夹紧的高精度和高刚度。
3．提高刀具的动平衡性
提高刀具的动平衡性对提高高速铣刀的安全性有很大的帮助。因为刀具的不平衡量会对主轴系统产生一个附加的径向载荷，其大小与转速的平方成正比。
设旋转体质量为m，质心与旋转体中心的偏心量为e，则由不平衡量引起的惯性离心力F为：
F=emω2=U（n/9549）2
式中：U为刀具系统不平衡量（g·mm），e为刀具系统质心偏心量（mm），m为刀具系统质量（kg），n为刀具系统转速（r/min），ω为刀具系统角速度（rad/s）。
由上式可见，提高刀具的动平衡性可显着减小离心力，提高高速刀具的安全性。因此，按照标准草案要求，用于高速切削的铣刀须经过动平衡测试，并应达到ISO1940－1规定的G4.0平衡质量等级以上要求。
结语
高速铣刀安全性技术是研究高速刀具的一个重要内容，应加强刀具安全性的定量分析，确定影响高速铣刀安全性的微量因素，并从刀具的材料、结构、制造工艺等方面解决好高速铣刀的安全性。
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