高速铣削刀具安全技术现状

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高速铣刀安全标准的制定和有限元计算模型的开发，对高速铣刀的设计和使用提出了以下改进意见：

（1）刀体材料

为了减轻和承受离心力的作用，要求刀体材料的比重要小，强度要高，现在有的高速铣刀已采用高强度铝合金制造刀体。标准建议，刀体材料的选择应取决于材料拉伸强度与密度的比值和应用的转速范围。

下图是用不同刀体材料制造的DIN8030系列铣刀的极限切削速度比较。钛合金由于对切口的敏感性不宜用于制造刀体。

高速铣削刀具安全技术现状

（2）刀具结构

刀体上的槽（包括刀座槽、容屑槽、键槽）会引起应力集中，降低刀体的强度，因此应尽量避免通槽和槽底带尖角。刀体的结构应对称于回转轴，使重心通过铣刀的轴线。刀片和刀座的夹紧、调整结构应尽可能消除游隙，并且要求重复定位性好。

需使用接头、加长柄等连接件时也应避免游隙和提高重复定位性。实际上，高速铣刀大多采用HSK刀柄与机床主轴连接甚至做成整体式结构，以提高刚性和安装重复定位精度。

此外，机夹式高速铣刀的直径趋小，高度增加，刀齿数也趋少，有的只有两个刀齿，这种结构便于调整刀齿的跳动，提高加工质量。

高速铣削刀具安全技术现状

（3）刀具（片）的夹紧方式

刀具与主轴的连接宜采用HSK锥柄或类似的锥柄结构。可转位刀片应有中心螺钉孔或有可卡住的空刀窝。例如有一种可转位刀片，刀片底面有一个圆的空刀窝，可与刀体上的凸起相配合，对作用在夹紧螺钉上的离心力起卸载作用。刀座、刀片的夹紧力方向最好与离心力方向一致，还要控制螺钉的预紧力，防止螺钉因过载而提前受损。

对于小直径的带柄铣刀，现在有两种高精度、高刚性的夹紧方法：液压夹头和热冷胀缩夹头。两者比较，后者的夹持精度更高，传递的扭矩比前者大1．5～2倍，径向刚性高2～3倍，能承受更大的离心力，更适合于整体硬质合金铣刀高速铣削淬硬的模具。日本和德国都开发了相应的加热装置用于刀具的装卸。这种夹头的缺点是适用的直径范围小，刀具装卸费时。

（4）刀具的动平衡

在高速旋转时，刀具的不平衡会对主轴系统产生一个附加的径向载荷，其大小与转速成平方关系，从而对刀具的安全性和加工质量带来不利的影响。

因此《高速旋转铣刀的安全性要求》标准规定，用于高速切削的铣刀必须经过动平衡测试，并应达到ISO1940/1规定的G40平衡质量等级，即铣刀的单位重量允许不平衡量e不超过3．8197×105/nmax（mm×g/kg），式中nmax为最大使用转速。为此，在机夹铣刀的结构上要设置调节动平衡的位置。

实际上，目前某些精加工高速铣刀（或镗刀）不平衡质量已达到G2．5级（e＝0.23873×105/nmax），平衡性比G40级好得多，而美国平衡技术公司推出的刀具动平衡机甚至可平衡到G1．0级。

铣刀在机床主轴上的重复安装精度也会影响铣刀旋转时的不平衡效果，使用HSK刀柄可以保证很高的重复安装精度。显然，在对铣刀进行动平衡时，把e值（此时用μm作单位）调节到小于刀具的重复安装精度（μm）是徒劳的。

目前，安全性技术已被世界上著名的工具制造厂家所采用，除德国的Walter、Mapal等公司推出的高速铣刀外，日本东芝Tungaloy公司的DIA9000加工铝合金用铣刀、住友电工公司的专用SUMIDIA金刚石铣刀等在结构上都作了改进，以适应高速加工的需要，推荐的切削速度为3000～5000m/min。

美国Valenite公司推出直径从3英寸至12英寸的高速铣刀，其铝合金刀体经表面处理后硬度达60HRC，提高了刀体的耐磨性。