高速铣削刀具的安全性技术.doc

行业资料：_高速铣削刀具的安全性技术单位：_部门：_日期：_年_月_日第 1 页 共 8 页高速铣削刀具的安全性技术高速铣削工艺在汽车、飞机和模具制造业中应用广泛。由于铣刀高速旋转时刀具各部分承受的离心力已远远超过切削力本身的作用而成为刀具的主要载荷，而离心力达到一定程度时会造成刀具变形甚至破裂，因此研究高速铣刀的安全性技术对发展高速铣削技术有着极其重要的意义。2高速铣刀安全性技术研究的现状20世纪90年代初德国就开始了对高速铣刀的安全性技术研究，并制订了DIN6589-1高速铣刀的安全要求标准草案，规定了高速铣刀失效的试验方法和标准，在技术上提出了高速铣刀设计、制造和使用的指导性意见，规定了统一的安全性检验方法。该标准草案已成为各国高速铣刀安全性的指导性文件。2.1高速铣刀的安全失效形式与试验方法标准草案规定了高速切削的速度界限，超过该速度后离心力将成为铣刀的主要载荷，必须采用安全技术。在刀具直径与高速切削范围关系图中，曲线以上区域为该标准规定的铣刀必须经过安全检验的高速切削范围：对于直径d132mm的单件刀具（整体或焊接刀具），其切削速度超过10000m/mm为高速切削范围；对于直径d132mm的装配式机夹刀具，高速切削范围为线段BC以上区域。高速铣刀的安全失效形式有两种：变形和破裂。不同类型铣刀的安全试验方法也不同。对于机夹可转位铣刀，有两种安全试验方法：一种方法是在1.6倍最大使用转速下进行试验，刀具的永久性变形或零件的位移不超过0.05mm；另一种方法是在2倍于最大使用转速下试验，刀具不发生破裂（包括夹紧刀片的螺钉被剪断、刀片或其他夹紧元件被甩飞、刀体的爆裂等）。而对于整体式铣刀，则必须在2倍于最大使用转速条件下试验而不发生弯曲或断裂。2.2高速铣刀强度计算模型高速刀具在离心力的作用下是否发生失效的关键在于刀体的强度是否足够、机夹刀的零件夹紧是否可靠。当把离心力作为主要载荷计算刀体强度时，由于刀具形状的复杂性，用经典力学理论计算得出的结果误差很大，常常不能满足安全性设计的要求。为了在刀具设计阶段对其结构强度在离心力作用下的受力和变形进行定性和定量的分析，可通过有限元方法计算不同转速下的应力大小，模拟失效过程和改进设计方案。高速铣刀有限元计算模型中包括刀体、刀体座、刀片和夹紧螺钉。首先计算刀体（包括螺钉、刀片等零件质量）的弹性变形，再对分离出的刀座作详细分析，把所获得的刀体弹性变形作为边界条件加到刀座分离体；然后由切出的刀座、刀片、螺钉及无质量的摩擦副组成刀片夹紧系统的模型，进行夹紧的可靠性分析。有限元模型能模拟刀片在刀座里的倾斜、滑动、转动以及螺钉在夹紧时的变形，可计算出在不同转速下刀片位移和螺钉受力的大小。结合高速铣刀安全性标准，通过有限元计算模型的分析，为适应安全性要求，可采取以下措施：（1）减轻刀具质量，减少刀具构件数，简化刀具结构由试验求得的相同直径的不同刀具的破裂极限与刀体质量、刀具构件数和构件接触面数之间的关系，经比较发现，刀具质量越轻，构件数量和构件接触面越少，刀具破裂的极限转速越高。研究发现，用钛合金作为刀体材料减轻了构件的质量，可提高刀具的破裂极限和极限转速。但由于钛合金对切口的敏感性，不适宜制造刀体，因此有的高速铣刀已采用高强度铝合金来制造刀体。在刀体结构上，应注意避免和减小应力集中，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。同时，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。目前，高速铣刀已广泛采用HSK刀柄与机床主轴连接，较大程度地提高了刀具系统的刚度和重复定位精度，有利于刀具破裂极限转速的提高。此外，机夹式高速铣刀的直径显露出直径变小、刀齿数减少的发展趋势，也有利于刀具强度和刚度的提高。（2）改进刀具的夹紧方式模拟计算和破裂试验研究表明，高速铣刀刀片的夹紧方法不允许采用通常的摩擦力夹紧，要用带中心孔的刀片、螺钉夹紧方式，或用特殊设计的刀具结构以防止刀片甩飞。刀座、刀片的夹紧力方向最好与离心力方向一致，同时要控制好螺钉的预紧力，防止螺钉因过载而提前受损。对于小直径的带柄铣刀，可采用液压夹头或热胀冷缩夹头实现夹紧的高精度和高刚度。（3）提高刀具的动平衡性提高刀具的动平衡性对提高高速铣刀的安全性有很大的帮助。因为刀具的不平衡量会对主轴系统产生一个附加的径向载荷，其大小与转速的平方成正比。设旋转体质量为m，质心与旋转体中心的偏心量为e，则由不平衡量引起的惯性离心力F为：F=em2=U（n/9549）2式中：U为刀具系统不平衡量（gmm），e为刀具系统质心偏心量（mm），m为刀具系统质量（kg），n为刀具系统转速（r/min），为刀具系统角速度（rad/s）。由上式可见，提高刀具的动平衡性可显著减小离心力，提高高速刀具的安全性。因此，按照标准草案要求，用于高速切削的铣刀必须经过动平衡测试，并应达到ISO19401规定的G4.0平衡质量等级以上要求。4结语高速铣刀安全性技术是研究高速刀具的一个重要内容，应加强刀具安全性的定量分析，精确确定影响高速铣刀安全性的微量因素，并从刀具的材料、结构、制造工艺等方面解决好高速铣刀的安全性。(第 5 页 共 8 页高配安全操作规程1、巡视高压设备，不得进行其他工作。2、雷雨天气巡视时，应穿绝缘靴并靠近避雷针和避雷器。3、高压设备发生单项接地时，室内不得接近故障点4m以内，室外不得接近故障点8m以内。处于上述范围内的人员必须穿好绝缘靴，接触设备外壳和构架时必须戴绝缘手套。4、进出高压室必须随手将门关好。5、高压室的钥匙至少3把，由值班人员保管，按值移交。二、电气设备倒闸操作安全规范：1、调度操作指令要由有权发布指令的调度值班员发布；操作人和监护人必须由上级部门批准并公布的合格人员担任。2、现场操作的对象要有明显、清晰、正确的表示。包括设备名称、编号、名牌、切换位置指示、带电状态显示等。3、倒闸操作分计划和紧急情况两种。计划停送电操作应采用书面形式提前预发。紧急情况下的停送电操作允许口头方式下达指令。4、倒闸操作必须根据值班调度或负责人的指令，受令人复诵无误后执行。在发布和接受操作指令时，必须互报单位、姓名，严格执行发令、复诵、录音、汇报和记录制度，并使用统一的操作术语。5、值班人员所进行的一切倒闸操作包括根据口头指令所进行的操作和根据工作票所进行的验电、装卸接地线、取放工具物品等均需填写操作票。6、一张操作票只能填写一个操作任务，一个操作任务是根据同一个调度命令所进行的一次不间断操作。7、倒闸操作必须由两人以上进行，其中对设备熟悉者担任监护，另一个人执行操作。8、倒闸操作发令人对其发布的操作任务的安全性，正确性负责，受令人对操作任务的正确性负有审核在把关责任，发现问题应及时向发令人提出。对直接威胁设备或人身安全的调度指令，值班人员有权拒绝执行，并把拒绝执行指令的理由向发令人指出，必要时可向发令人上级领导报告。9、对操作中需使用的安全用具进行检查。检查试验日期及电压登记是否符合规定，另外还要检查外观是否有损坏等。10、操作全部结束后，对操作的设备进行一次全面检查，以确认操作完整无遗漏，设备处于正常状态。检查完毕，由操作人负责做好运行日志、操作任务等相关的运行记录，并按规定保存。三、停送电的安全技术措施（检修设备）：1、停电：必须将各方面电源断开。禁止在只经断路器断开电源的设备上工作，必须拉开闸刀，使各方面至少有一个明显的间断点。变压器和电压互感器必须从两侧断开，防止向停电设备反充电。断开断路器、刀闸的操作电源，各操作把手必须加锁。2、验电：在检修设备的进出线两侧分别验电，当验明无电后应立即将检修设备接地三相短路。这是防止突然来电的可靠安全措施，同时设备断开部分的剩余电荷也因接地而泄放。对高压验电须使用合格期内与被测电压等级相符的验电器，用时必须戴绝缘手套。3、装设接地线：对可能送电至停电设备的各方面或停电设备可能产生感应电压的部分均要装设接地线，所装接地线与带电部分应负荷安全距离的规定。检修10m以下的线，可以只装设一组接地线。接地