高速銑削刀具的安全性

發(fā)布日期:2012-10-26    蘭生客服中心    瀏覽:4674

  由于高速切削通常會需要較高的轉(zhuǎn)速,由此使刀具在巨大離心力作用下發(fā)生破碎、解體的可能性大大增加。左圖的一組照片說明了這種問題不但存在,而且具有不小的危險(xiǎn)。

  刀片飛脫的可轉(zhuǎn)位銑刀機(jī)床的防彈玻璃被擊碎

  刀片飛脫的可轉(zhuǎn)位銑刀是國內(nèi)某知名廠商生產(chǎn)的直徑100mm的面銑刀。山東大學(xué)在使用該銑刀安裝單刀片進(jìn)行切削試驗(yàn)時(shí),在轉(zhuǎn)速增加到5000r/min時(shí),僅有的一個(gè)刀片在離心力超過鍥塊摩擦力的情況下飛離了刀體,擊打在機(jī)床的防護(hù)鋼板上。而蘇州的一個(gè)用戶則比較不幸,他們的刀具破碎后碎片擊中了機(jī)床的防彈玻璃,結(jié)果是玻璃被完全擊碎。

  那么,高速加工的刀具為什么會有如此大的破壞能力呢?我們作了如下的簡要分析。如果一個(gè)直徑40mm的可轉(zhuǎn)位銑刀以40000r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行加工,其線速度為5024m/min,即83.7m/s,以刀片重量0.015kg計(jì)算,其動量為1.26 kg•m/s。這一結(jié)果與一著名的微聲手槍子彈的出膛動量相當(dāng)(該手槍子彈彈頭重量約0.005kg,出膛初速度為230m/s,因此動量為1.20 kg•m/s)。

  刀片式銑刀的結(jié)構(gòu)與安全性有很大關(guān)系。山東大學(xué)在使用的刀片飛出的銑刀,是國內(nèi)普遍采用的鍥塊時(shí)夾緊方式。這種夾緊方式完全依靠摩擦力來抵御離心力,刀片比較容易飛出,而采用螺釘夾緊方式的刀具則需要剪斷螺釘才會導(dǎo)致刀片飛出,安全性大大提高。研究表明,用螺釘夾緊的銑刀隨著轉(zhuǎn)速的逐漸提高,螺釘會在離心力的作用下被拉長,刀體也會發(fā)生輕微的膨脹。大約在30000~35000r/min時(shí)已達(dá)臨界應(yīng)力而出現(xiàn)永久性的拉伸變形,而在在達(dá)到臨界速度之前,螺釘已經(jīng)出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象,造成夾緊力下降,刀片也隨之發(fā)生位移。

  因此,我們必須充分注意高速加工刀具的安全性問題,杜絕在高速切削時(shí)發(fā)生安全事故。德國高速切削的工作組就此提出的高速加工刀具安全性技術(shù)規(guī)范早已被建議成為德國標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)范規(guī)定:對于刀片式的刀具,生產(chǎn)商必須保證在1.6倍于最大使用轉(zhuǎn)速(np=1.6nmax)下試驗(yàn),刀具的永久變形或零件的位移不超過0.05mm,而在2倍于最大使用轉(zhuǎn)速(np=2nmax)下試驗(yàn),刀具不發(fā)生爆碎;對于整體式刀具,則應(yīng)在np=2nmax條件下試驗(yàn)而不發(fā)生彎曲或斷裂。同時(shí)要求刀具生產(chǎn)商必須對可用于高速切削的刀具明示其最大使用轉(zhuǎn)速。在此條件下使用刀具的安全性將得到充分的安全保證。當(dāng)然,對于非高速切削刀具(即在左圖的綠色部分),則不需要作如此要求。因此我們在選用高速切削刀具時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照生產(chǎn)商提供的核定最高轉(zhuǎn)速規(guī)定。但由于國內(nèi)尚無高速切削刀具的安全性標(biāo)準(zhǔn),我們在選用時(shí)需要更加慎重。

  對于高速切削的刀具,我們應(yīng)采取一定措施來保證其安全性。比如,瓦爾特要求對高速切削的刀片式刀具,使用原廠刀片鎖緊螺釘以保證安全性;刀片安裝時(shí)保證規(guī)定扭矩;同時(shí)在刀片更換5次后,使用新的刀片鎖緊螺釘以防止螺釘因疲勞著成造成夾緊力下降,影響刀具的安全使用。

  帶離心力卸載的銑刀示意

  同樣,刀具生產(chǎn)商也應(yīng)該采取措施來加強(qiáng)刀具在高速加工中的安全性。國外一些著名的刀具生產(chǎn)商近年來在刀片式刀具的開發(fā)中紛紛采用了技術(shù)措施來加強(qiáng)刀具的安全性,刀片與刀體間增加離心力卸載結(jié)構(gòu)就是其中之一。左圖的刀體上有一個(gè)突起,刀片的相應(yīng)位置上則有一個(gè)凹坑,刀片的離心力可由刀片與刀體間的摩擦力、螺釘?shù)闹С辛碗x心力卸載結(jié)構(gòu)的支承力共同承擔(dān),這樣抵御刀片飛出的能力得到了加強(qiáng)。

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