1 高速切削加工安全技術

高速切削加工時, 高速旋轉的工件、刀具、夾具等聚積著很大的能量, 承受著很大的離心力, 當機床主軸的轉速高達 10000r/min~20000r/min, 甚至更高時, 會使刀具、夾具破碎, 釋放出很大的能量, 可能造成重大的事故和傷害。因此, 解決高速切削的安全問題成為推廣應用高速切削的前提。高速切削的安全技術主要包括以下幾個方面。

2.1 安全保障技術

由于高速切削飛濺的切屑和碎片具有槍彈般的殺傷力, 同時也為了防止因高速旋轉而使刀具、夾具甩飛或爆碎時對操作者的傷害, 高速切削機床普遍采用全封閉式安全門罩, 高強度透明材料制成的觀察窗等更完備的安全保障措施, 來保證機床操作者及機床周圍現(xiàn)場人員的安全, 避免機床、刀具和工件等有關設施受到損傷。

2.2 刀具安全技術

高速切削刀具安全性涉及的主要對象是高速旋轉的銑刀和鏜刀, 尤其是高速銑刀, 因為高速銑削是目前高速切削應用的主要工藝。

德國在 20 世紀 90 年代初就開始對高速銑刀安全技術進行了研究, 制定了 《高速銑刀的安全要求》標準草案。該標準是開發(fā)高速銑刀的技術指導性文件, 同時也規(guī)定了高速銑刀失效的實驗方法和準則, 成為高速銑刀安全性的指南。

高速切削時, 離心力成為銑刀破壞的主要載荷, 防止離心力造成的破壞關鍵在于刀體的強度是否足夠, 機夾刀的零件夾緊是否可靠。為了能在設計階段就能定量估算出銑刀刀體結構的強度和夾緊的可靠性, 國外已開發(fā)出高速銑刀的有限元 ( Finite Element Methods, FEM)模型, 它能夠模擬刀片在刀體刀座里的傾斜、滑動、轉動及螺釘在夾緊時的變形, 計算出不同轉速度下刀片的位移和螺釘受力的大小。據(jù) FEM 計算和試驗, 機夾可轉位銑刀在高速下的失效主要有兩種形式: 一種是由于夾緊刀片的螺釘被子剪斷, 刀片或其它夾緊元件甩飛;另 一 種 是 刀 體 爆 碎 。 如 圖 1 所 示 的 端 銑 刀 ( 直 徑Ф100mm) , 其刀片靠摩擦力夾緊, 在轉速 5000r/min 時其中的一個刀片與夾緊楔塊被甩飛。在多數(shù)情況下首先 出 現(xiàn) 的 是 前 一 種 失效, 隨 著 轉 速 進 一 步 提高, 達到刀體強度的臨界值時, 才出現(xiàn)后一種失效即刀體爆碎。圖 2 所示為在 36700 r/min 時 爆 碎 的

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面銑刀, 這種失效, 操作者往往來不及采取措施制止或躲避, 爆碎的碎塊等將對操作者造成重大傷害, 使機床設備、加工工件嚴重損壞, 帶來巨大經(jīng)濟損失。根據(jù)模擬計算和爆碎試驗研究結果表明, 高速銑刀刀片不允許采用靠通常的摩擦力實現(xiàn)刀片的夾緊方式, 而應采用帶中心孔的刀片, 通過螺釘實現(xiàn)夾緊。但應注意, 螺釘在靜止狀態(tài)下夾緊刀片時的預緊力不能過大, 以避免螺釘產(chǎn)生塑性變形而使夾緊過早失效。

??? 對高速切削刀具進行動平衡也不可缺少。對高速切削刀具進行平衡時, 首先需對刀具、夾頭、主軸等各個元件單獨進行平衡, 然后對刀具與夾頭組合體進行平衡,最后將刀具連同主軸一起進行平衡。推薦采用微調螺釘進行精細平衡, 或直接采用內裝動平衡機構的鏜刀, 通過轉動補償環(huán)移動內部配重以補償?shù)毒卟黄胶饬俊?/div>