作者：重慶工學(xué)院 陳世平 陳霞 來源：《工具技術(shù)》
,lUr[xzV iF !r}fUU6 1 引言
Z.x9SEe1t j$Unw 高速銑削工藝在汽車、飛機和模具制造業(yè)中應(yīng)用廣泛。由于銑刀高速旋轉(zhuǎn)時刀具各部分承受的離心力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過切削力本身的作用而成為刀具的主要載荷，而離心力達到一定程度時會造成刀具變形甚至破裂，因此研究高速銑刀的安全性技術(shù)對發(fā)展高速銑削技術(shù)有著極其重要的意義。
%*Aq%,.={ ]%I}hj J 2 高速銑刀安全性技術(shù)研究的現(xiàn)狀
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20世紀(jì)90年代初德國就開始了對高速銑刀的安全性技術(shù)研究，并制訂了DIN6589-1《高速銑刀的安全要求》標(biāo)準(zhǔn)草案，規(guī)定了高速銑刀失效的試驗方法和標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上提出了高速銑刀設(shè)計、制造和使用的指導(dǎo)性意見，規(guī)定了統(tǒng)一的安全性檢驗方法。該標(biāo)準(zhǔn)草案已成為各國高速銑刀安全性的指導(dǎo)性文件。
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~, ~Q3 6lR 2.1 高速銑刀的安全失效形式與試驗方法
,' >,N/JA B$ )&;Q 標(biāo)準(zhǔn)草案規(guī)定了高速切削的速度界限，超過該速度后離心力將成為銑刀的主要載荷，必須采用安全技術(shù)。在刀具直徑與高速切削范圍關(guān)系圖中，曲線以上區(qū)域為該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的銑刀必須經(jīng)過安全檢驗的高速切削范圍：對于直徑d1≤32mm的單件刀具（整體或焊接刀具），其切削速度超過10000m/mm為高速切削范圍；對于直徑d1>32mm的裝配式機夾刀具，高速切削范圍為線段BC以上區(qū)域。
d|Q_Z@;JF L kA_M'G 高速銑刀的安全失效形式有兩種：變形和破裂。不同類型銑刀的安全試驗方法也不同。對于機夾可轉(zhuǎn)位銑刀，有兩種安全試驗方法：一種方法是在1.6倍最大使用轉(zhuǎn)速下進行試驗，刀具的永久性變形或零件的位移不超過0.05mm；另一種方法是在2倍于最大使用轉(zhuǎn)速下試驗，刀具不發(fā)生破裂（包括夾緊刀片的螺釘被剪斷、刀片或其他夾緊元件被甩飛、刀體的爆裂等）。而對于整體式銑刀，則必須在2倍于最大使用轉(zhuǎn)速條件下試驗而不發(fā)生彎曲或斷裂。
}2CVA.Qm! u?-X07_ 2.2 高速銑刀強度計算模型
,R8:Y*@ P 6 OLp x)fG 高速刀具在離心力的作用下是否發(fā)生失效的關(guān)鍵在于刀體的強度是否足夠、機夾刀的零件夾緊是否可靠。當(dāng)把離心力作為主要載荷計算刀體強度時，由于刀具形狀的復(fù)雜性，用經(jīng)典力學(xué)理論計算得出的結(jié)果誤差很大，常常不能滿足安全性設(shè)計的要求。
%g+*.8;"b F `cuV 為了在刀具設(shè)計階段對其結(jié)構(gòu)強度在離心力作用下的受力和變形進行定性和定量的分析，可通過有限元方法計算不同轉(zhuǎn)速下的應(yīng)力大小，模擬失效過程和改進設(shè)計方案。高速銑刀有限元計算模型中包括刀體、刀體座、刀片和夾緊螺釘。首先計算刀體（包括螺釘、刀片等零件質(zhì)量）的彈性變形，再對分離出的刀座作詳細(xì)分析，把所獲得的刀體彈性變形作為邊界條件加到刀座分離體；然后由切出的刀座、刀片、螺釘及無質(zhì)量的摩擦副組成刀片夾緊系統(tǒng)的模型，進行夾緊的可靠性分析。有限元模型能模擬刀片在刀座里的傾斜、滑動、轉(zhuǎn)動以及螺釘在夾緊時的變形，可計算出在不同轉(zhuǎn)速下刀片位移和螺釘受力的大小。
gxf{/EjH RV{'[8gM 3 提高高速銑刀安全性的措施
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kAV ~wl 4 結(jié)合高速銑刀安全性標(biāo)準(zhǔn)，通過有限元計算模型的分析，為適應(yīng)安全性要求，可采取以下措施：
,4`=gKn >56I`[) （1）減輕刀具質(zhì)量，減少刀具構(gòu)件數(shù)，簡化刀具結(jié)構(gòu)
<+iL@'SgF CU G3C 由試驗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度鋁合金來制造刀體。
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