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技術(shù)文章
銑刀的安全操作注意事項(xiàng)
閱讀：1420 發(fā)布時間：2013-8-16
銑刀，是用于銑削加工的、具有一個或多個刀齒的旋轉(zhuǎn)刀具。工作時各刀齒依次間歇地切去工件的余量。銑刀主要用于在銑床上加工平面、臺階、溝槽、成形表面和切斷工件等。刀具美觀很重要，安全使用更必要，以下是一些使用安全方面的基礎(chǔ)知識：
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)
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，刀體的結(jié)構(gòu)應(yīng)對稱于回轉(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。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，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)計的刀具結(jié)構(gòu)以防止刀片甩飛。刀座、刀片的夾緊力方向與離心力方向一致，同時要控制好螺釘?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．提高刀具的動平衡性
提高刀具的動平衡性對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χ鬏S系統(tǒng)產(chǎn)生一個附加的徑向載荷，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)過動平衡測試，并應(yīng)達(dá)到ISO1940－1規(guī)定的G4.0平衡質(zhì)量等級以上要求。
結(jié)語
高速銑刀安全性技術(shù)是研究高速刀具的一個重要內(nèi)容，應(yīng)加強(qiáng)刀具安全性的定量分析，確定影響高速銑刀安全性的微量因素，并從刀具的材料、結(jié)構(gòu)、制造工藝等方面解決好高速銑刀的安全性。
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)
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，刀體的結(jié)構(gòu)應(yīng)對稱于回轉(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。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，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)計的刀具結(jié)構(gòu)以防止刀片甩飛。刀座、刀片的夾緊力方向與離心力方向一致，同時要控制好螺釘?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．提高刀具的動平衡性
提高刀具的動平衡性對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χ鬏S系統(tǒng)產(chǎn)生一個附加的徑向載荷，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)過動平衡測試，并應(yīng)達(dá)到ISO1940－1規(guī)定的G4.0平衡質(zhì)量等級以上要求。
結(jié)語
高速銑刀安全性技術(shù)是研究高速刀具的一個重要內(nèi)容，應(yīng)加強(qiáng)刀具安全性的定量分析，確定影響高速銑刀安全性的微量因素，并從刀具的材料、結(jié)構(gòu)、制造工藝等方面解決好高速銑刀的安全性。