1 高速切削加工安全技術(shù)

高速切削加工時(shí), 高速旋轉(zhuǎn)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(dāng)機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速高達(dá) 10000r/min~20000r/min, 甚至更高時(shí), 會(huì)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(yīng)用高速切削的前提。高速切削的安全技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1 安全保障技術(shù)

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(shí)也為了防止因高速旋轉(zhuǎn)而使刀具、夾具甩飛或爆碎時(shí)對操作者的傷害, 高速切削機(jī)床普遍采用全封閉式安全門罩, 高強(qiáng)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(jī)床操作者及機(jī)床周圍現(xiàn)場人員的安全, 避免機(jī)床、刀具和工件等有關(guān)設(shè)施受到損傷。

2.2 刀具安全技術(shù)

高速切削刀具安全性涉及的主要對象是高速旋轉(zhuǎn)的銑刀和鏜刀, 尤其是高速銑刀, 因?yàn)楦咚巽娤魇悄壳案咚偾邢鲬?yīng)用的主要工藝。

德國在 20 世紀(jì) 90 年代初就開始對高速銑刀安全技術(shù)進(jìn)行了研究, 制定了 《高速銑刀的安全要求》標(biāo)準(zhǔn)草案。該標(biāo)準(zhǔn)是開發(fā)高速銑刀的技術(shù)指導(dǎo)性文件, 同時(shí)也規(guī)定了高速銑刀失效的實(shí)驗(yàn)方法和準(zhǔn)則, 成為高速銑刀安全性的指南。

高速切削時(shí), 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(guān)鍵在于刀體的強(qiáng)度是否足夠, 機(jī)夾刀的零件夾緊是否可靠。為了能在設(shè)計(jì)階段就能定量估算出銑刀刀體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)及螺釘在夾緊時(shí)的變形, 計(jì)算出不同轉(zhuǎn)速度下刀片的位移和螺釘受力的大小。據(jù) FEM 計(jì)算和試驗(yàn), 機(jī)夾可轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速 5000r/min 時(shí)其中的一個(gè)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(zhuǎn) 速 進(jìn) 一 步 提高, 達(dá)到刀體強(qiáng)度的臨界值時(shí), 才出現(xiàn)后一種失效即刀體爆碎。圖 2 所示為在 36700 r/min 時(shí) 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(jī)床設(shè)備、加工工件嚴(yán)重?fù)p壞, 帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)模擬計(jì)算和爆碎試驗(yàn)研究結(jié)果表明, 高速銑刀刀片不允許采用靠通常的摩擦力實(shí)現(xiàn)刀片的夾緊方式, 而應(yīng)采用帶中心孔的刀片, 通過螺釘實(shí)現(xiàn)夾緊。但應(yīng)注意, 螺釘在靜止?fàn)顟B(tài)下夾緊刀片時(shí)的預(yù)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(jìn)行動(dòng)平衡也不可缺少。對高速切削刀具進(jìn)行平衡時(shí), 首先需對刀具、夾頭、主軸等各個(gè)元件單獨(dú)進(jìn)行平衡, 然后對刀具與夾頭組合體進(jìn)行平衡,最后將刀具連同主軸一起進(jìn)行平衡。推薦采用微調(diào)螺釘進(jìn)行精細(xì)平衡, 或直接采用內(nèi)裝動(dòng)平衡機(jī)構(gòu)的鏜刀, 通過轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償環(huán)移動(dòng)內(nèi)部配重以補(bǔ)償?shù)毒卟黄胶饬俊?/div>