“一些研究人員提出，刀具合理的平衡質(zhì)量等級可按以下方式確定：對于金屬切除量較大的粗加工(如飛機整體鋁合金構(gòu)件、大型模具的模腔、鋁合金殼體等的加工)，刀具平衡質(zhì)量等級達G16即已足夠，但當這種粗加工消耗功率較大時，在15000～24000r／min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)則可采用G6.3～G8.0，以減小不平衡力對主軸軸承的附加載荷。對于精加工，則要求刀具系統(tǒng)的平衡質(zhì)量等級至少應達G6.3。”

　　1.引言

　　從二十世紀八十年代開始，隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的快速發(fā)展，金屬切削加工進入了以高速切削為代表的發(fā)展階段。

　　由于高速切削技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，目前已在工業(yè)發(fā)達國家的汽車、飛機、模具等工業(yè)制造領(lǐng)域得到廣泛應用，產(chǎn)生了巨大的技術(shù)經(jīng)濟效益，并顯示出在二十一世紀現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展中具有的重要地位和廣闊應用前景。

　　“高速切削”目前還是一個發(fā)展中的相對概念。對于不同的工件材料和不同的加工工序，要求達到的切削速度并不相同，通常可將切削速度(或進給速度)較普通切削提高5～1O倍歸入高速切削范疇。

　　高速切削的實現(xiàn)需要建立在機床、刀具等相關(guān)領(lǐng)域最新技術(shù)成果的基礎上。目前，高速切削主要應用于在加工中心機床上采用銑刀、鏜刀、孔加工刀具等旋轉(zhuǎn)刀具進行的切削加工，所用加工中心機床的主軸轉(zhuǎn)速通常在lO000r/min以上。當加工中心機床主軸轉(zhuǎn)速高達lO000r/min以上時，高速旋轉(zhuǎn)的刀具(包括夾持刀柄)存在的不平衡量所產(chǎn)生的離心力將對主軸軸承、機床部件等施加周期性載荷，從而引起振動，這將對主軸軸承、刀具壽命和加工質(zhì)量造成不利影響。因此，高速切削加工對旋轉(zhuǎn)刀具提出了嚴格的動平衡要求。研究高速旋轉(zhuǎn)刀具的動平衡技術(shù)、有效控制刀具不平衡量是研制開發(fā)和推廣應用高速切削技術(shù)的必要前提和配套技術(shù)。德國的切削行業(yè)對高速旋轉(zhuǎn)刀具動平衡技術(shù)做了大量研究開發(fā)工作，本文結(jié)合有關(guān)報導對高速切削刀具動平衡技術(shù)的研究現(xiàn)狀及一些相關(guān)問題作一介紹。

　　2.動平衡的一般概念

　　旋轉(zhuǎn)刀具的動平衡原理與一般旋轉(zhuǎn)零件的動平衡原理相似。首先，刀具結(jié)構(gòu)的設計應盡可能對稱；其次，在需要對刀具進行平衡時，可根據(jù)測出的不平衡量采用刀柄去重或調(diào)節(jié)配重等方法實現(xiàn)平衡。由于刀具品種不同，具體采用的平衡方法也不相同。法國EPB公司特制的平衡刀具(柄)產(chǎn)品內(nèi)裝了平衡配重機構(gòu)，并設置了配重刻度，通過轉(zhuǎn)動配重環(huán)，調(diào)整其相對位置，即可補償因刀具結(jié)構(gòu)不對稱或調(diào)刀引起的不平衡量；德國Walter公司的高速面銑刀則采用螺釘調(diào)節(jié)不平衡量。

　　對于普通的刀具或工具系統(tǒng)，可由刀具制造商或用戶借助于平衡機進行平衡。但是，如何科學、定量地規(guī)定和評價刀具的平衡質(zhì)量以及在不同加工條件下允許的刀具不平衡量，是刀具制造商和用戶關(guān)心的首要問題。為此，有必要介紹一下機械轉(zhuǎn)子動平衡的一般概念。

　　IS0 1940《剛性轉(zhuǎn)子的動平衡質(zhì)量要求》標準規(guī)定，一個轉(zhuǎn)子的不平衡量(或稱殘留不平衡量)用U表示(單位為gmm)，U值可在平衡機上測得；某一轉(zhuǎn)子允許的不平衡量(或稱允許殘留不平衡量)用Uper表示。從實際平衡效果考慮，通常轉(zhuǎn)子的質(zhì)量m(kg)越大，其允許殘留不平衡量也越大。為對轉(zhuǎn)子的平衡質(zhì)量進行相對比較，可用單位質(zhì)量殘留不平衡量e表示，即e=U/m(gmm/kg)，相應地即有eper=Uper/m。U和e是轉(zhuǎn)子本身對于給定回轉(zhuǎn)軸所具有的靜態(tài)(或稱準動態(tài))特性，可定量表示轉(zhuǎn)子的不平衡程度。從準動態(tài)的角度看，一個用U、e和m值表示其靜態(tài)特性的轉(zhuǎn)子完全等效于一個質(zhì)量為m(kg)、且其重心與回轉(zhuǎn)中心的偏心距為e(μm)的不平衡轉(zhuǎn)子，而U值則為轉(zhuǎn)子質(zhì)量m(kg)與偏心距e(μm)的乘積。因此，也可將e稱為殘留偏心量，這是e的一個很有用的物理含義。

　　實際上，一個轉(zhuǎn)子平衡質(zhì)量的優(yōu)劣是一個動態(tài)概念，它與使用的轉(zhuǎn)速有關(guān)。如ISO 1940標準給出的平衡質(zhì)量等級圖上一組離散的標有G值的45°斜線表示不同的平衡質(zhì)量等級，其數(shù)值為eper(gmm／kg)與角速度ω(rad／s)的乘積(單位為mm／s)，用于表示一個轉(zhuǎn)子平衡質(zhì)量的優(yōu)劣。例如，某個轉(zhuǎn)子的平衡質(zhì)量等級G＝6.3，表示該轉(zhuǎn)子的e值與使用時ω值的乘積應小于或等于6.3。使用時，可根據(jù)要求的平衡質(zhì)量等級G及轉(zhuǎn)子可能使用的最大轉(zhuǎn)速，從圖上查出轉(zhuǎn)子允許的eper值，再乘以轉(zhuǎn)子質(zhì)量，即可求出該轉(zhuǎn)子允許的不平衡量。

　　接下來的問題是如何確定高速旋轉(zhuǎn)刀具的合理平衡質(zhì)量等級G，從而得出在最高使用轉(zhuǎn)速下要求的Uper值。

　　3.合理平衡質(zhì)量等級的確定

　　為了確定高速旋轉(zhuǎn)刀具統(tǒng)一的合理平衡質(zhì)量等級G，由德國政府和機器制造商協(xié)會(VDMA)所屬精密工具專業(yè)委員會牽頭成立了工作組，將刀具動平衡技術(shù)作為一個“要求公開”的項目進行了系統(tǒng)研究。研究組的成員來自相關(guān)行業(yè)及技術(shù)領(lǐng)域，如刀具、機床和平衡機制造行業(yè)、用戶行業(yè)、大學和研究機構(gòu)等。根據(jù)他們的研究結(jié)果，提出了“高速旋轉(zhuǎn)刀具系統(tǒng)平衡要求”的指導性規(guī)范(FMK—Richtlinie)。