《木工刀具安全 柄铣刀柄部的要求》

1木工刀具安全柄铣刀柄部的要求本文件规定了圆柱柄铣刀、锥形柄铣刀和具有芯轴的孔铣刀或圆锯片（以下简称“刀具”）的安全要求，描述了在最大许用偏心距时刀具柄部最大转速的确定方法，规定了刀具的标志。本文件涉及附录A（危险一览表）列出的与刀具相关的危险。本文件适用于刀具的设计、制造和使用。本文件不适用于在本文件公布日期之前生产的刀具的设计、制造和使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T1800.2—2020产品几何技术规范（GPS）线性尺寸公差ISO代号体系第2部分：标准公差带代号和孔、轴的极限偏差表GB/T18955—2025木工刀具安全铣刀、圆锯片3术语和定义GB/T18955—2025界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1锥度比为7/24的刀柄。3.2锥度为1/10，与主轴两面接触，具有高定位精度和高刚性的空心短锥形刀柄。3.3安装在机床主轴上的刀杆，用于组合和驱动孔形切削刀具。4.1圆柱柄铣刀柄部的夹紧长度及直径公差圆柱柄铣刀柄部直径d2与最小夹紧长度lemin的对照关系见表1。2单位为毫米d2≤1010<d2<25lemin=20lemin=2d2lemin=1.8d2当柄部直径d2≥12mm，公差应为GB/T1800.2—2020的h6；当柄部直径d2＜12mm，公差应为GB/T1800.2—2020的h8。4.2刀具柄部的稳定性4.2.1一般要求4.2.1.1稳定性参数刀具柄部的稳定性参数见表2。表2刀具柄部的稳定性参数符号定义单位d直径a）柄部直径d2b）芯轴直径d3c）带轴向力时主轴直径d4取计算值；不带轴向力时为darbormmdcut刀具的最大切削圆直径mmd2柄部直径，见图2mmd3芯轴直径，见图3mmd4计算直径，见图4mmdarbor芯轴的柄部直径，见图4mmE弹性模量N/mm2esp夹紧装置的最大许用偏心距mmƒ形状系数-ƒs安全系数(ƒs＝4）-Fa轴向夹紧力，见图4NG按GB/T18955—2025给定的平衡品质级别mm/sI截面惯性矩mm4刀具切削部分的高度mm柄部空置长度mml1,l2,l3,…部件质量m1,m2,m3,到重心的轴向距离mm重心到夹紧装置末端的距离，见图1mm夹紧长度mm柄部总长mmm1,m2,m3,…刀具各部分的质量，见图1gmcut在lcut区域内，切削部分的质量，见图2gm*在(l0+lcut)区域内，刀具的质量，见图2gmcut切削部分刀具的折算质量，见图2gn实际转速r/min3符号定义单位nshank考虑柄部强度的柄部最大许用转速r/minS重心-W截面模量mm3σw抗弯强度N/mm2ρ刀柄材料的密度g/mm34.2.1.2刀具柄部的最大转速nmax的确定应采用下列值中的较小值来确定刀具柄部的最大转速nmax：——刀柄强度的最大许用转速nshank；——按GB/T18955—2025附录B中B.1确定的最大转速。刀具的最大许用转速nshank取决于柄部的强度，采用公式（1公式（3）确定。根据夹紧装置的最大许用偏心距esp，nshank按公式（1）计算。平衡等级应符合GB/T18955—2025的规定。为使刀具或刀具部件持续保持设计要求，可采用更高的平衡等级。注1：当使用的刀具尺寸和材料、刀具的柄部空置长度l0、刀具的许用剩余不平衡度eper和夹紧装置的最大许用偏心距esp均符合标准要求且进行切削时，若刀柄转速不超过最大允许转速，则满足了柄部强度的安全要求。与离心力相比，切削力影响不大时，可以忽略切削力。注2：若刀具重心S到夹紧装置末端的距离ls未知，则可以按图1和公式（4）所示近似地确定ls。4图1刀具部件重心到夹紧装置末端的距离标注ls4.2.2圆柱柄铣刀计算圆柱柄铣刀nshank的参数见图2。计算实例见附录B中B.1。标引序号说明：a——铣刀回转轴线。注：d=d2[见公式（2）和公式（3）]。图2计算圆柱柄铣刀nshank的参数示意图6esp=0.06mm（对于CNC机床上的夹紧装置）。esp=0.1mm（对于手持式电动工具上的夹紧装置）。若按附录C测量的数值在夹紧装置的整个使用寿命周期内均保持不变，则esp的值可以小于0.06mm。如果公式（1）中m*的值未知，对于那些使用相同密度材料的刀柄和刀体切削部分，m*可根据公式（5公式（9）近似确定。注：公式（8）中ln（mcut）是不包括柄部铣刀质量的自然对数。公式（8）为经验公式，其有效值为0.6～0.9。当计算结果小于0.6时，f取0.6；当计算结果大于0.9时，f取0.9。形状系数应考虑不带柄时铣刀的实际形状（如开槽、修平）。l0和ls的值按公式（10）和公式（11）计算：4.2.37/24刀柄（SK）铣刀计算7/24刀柄（SK）nshank的参数见图3。7标引序号说明：a——铣刀回转轴线。esp=0.06mm注：d=d3[见公式（2）和公式（3）]。图3计算SK铣刀nshank的参数4.2.4具有芯轴的孔铣刀或圆锯片具有芯轴的孔铣刀或圆锯片也视为柄铣刀。以具有芯轴的孔铣刀为例，计算其nshank的参数见图4。8标引序号说明：a——铣刀回转轴线。esp=0.06mm图4计算具有芯轴的孔铣刀nshank的参数示意图d4=1.4darbor（当darbor≤50mm）d4=20+darbor（当darbor>50mm）注1：对于夹紧系统——有轴向夹紧力Fa时，d=d4[见公式（2）和公式（3）]；——无轴向夹紧力Fa时，d=darbor[见公式（2）和公式（3）]。4.3带铣刀的空心锥形刀柄（HSK）的稳定性带铣刀的空心锥形刀柄（HSK）的稳定性参数见图5和表3。计算示例见附录B中的B.2。表3带铣刀的空心锥形刀柄（HSK）的稳定性参数符号定义单位C1,C2,切削力在刀轴上的作用点-b1切削宽度mmdHSKHSK的公称直径（例如，HSK-F63:dHSK＝63mm）mme刀具的偏心距mmeHSK由HSK公差引起的刀具偏心距mmeTS由刀具部件的不平衡引起的偏心距mmFc1,Fc2,切削力NFm单位切削力N/mmFHSKHSK的夹紧力aNFS不平衡引起的离心力NƒG平衡等级的寿命退化系数(ƒG＝2.5）-ƒr摩擦系数(ƒr＝0.7）-ƒs安全系数(ƒs＝4）-G按GB/T18955—2025给定的平衡品质级别mm/slc1,lc1,…切削力作用点与HSK端面的轴向距离mmHSK端面到重心的距离mmm刀具的总质量gnHSKHSK截面的最大允许转速r/minnmax刀具的最大转速r/minr1切削半径mmS重心-HSK端面的平面度mmHSK的端面圆跳动mmPHSK截面的作用点-Pc切削功率kWPMot主轴的切削功率kW⑴角速度rad/sHSK的最小夹紧力推荐值见附录D。4.3.2HSK截面的最大许用转速nHSK的计算HSK截面的最大许用转速nHSK是以点P的力矩平衡为基础来计算，见公式（12）。FHSKFc.lc+Fs.ls··············································当一个HSK夹紧装置上安装有两把以上的柄铣刀，则应采用Fc.ls的最大值计算nHSK，计算式见公式（13）。若Fc未知，可按Fc=Fm.b计算：当刀具的切削半径r≤20mm时，Fm=50N/mm。当刀具的切削半径r＞20mm时，见公式（14）。Fm也可按主轴切削功率作为已知量计算Fc，见公式（15）。Fc5刀具的标志刀具标记应包括以下内容：a)刀具的转速按GB/T18955—2025中B.1的nmax或nshank，用其中较小的值来标示；b)许用偏心距e，例如nmax12000e0.06；c)柄部空置部分的长度l0或最小夹紧长度lemin的标示如图6所示：1)若nshank<nmax：标注空置长度l0[见图6a）]；2)如果nshank≥nmax：标注最小夹紧长度lemin[见图6b）和表1]。a）nshank<nmax实例b）nshank≥nmax实例标引序号说明：1——卡盘/夹头；2——刀具；l0——柄部空置长度；lemin——最小夹紧长度。（资料性）危险一览表危险一览表见表A.1。图A.1危险一览表危险与刀具相关的危险原因或状况本文件中相应条文由机械强度不足导致的机械危险刀具断裂4振动危险刀具动态不平衡4刀具转速的改变刀具断裂4（资料性）计算示例B.1圆柱柄铣刀的nshank计算示例圆柱柄铣刀的nshank（见4.2.2）的计算示例见表B.1。表B.1圆柱柄铣刀的nshank计算示例定义符号数值单位柄部直径d25mm柄部全长80mm柄部空置长度25mm刀具空置部分的质量m196g刀具直径dcutmm刀具部件的高度40mm形状系数f0.9-切削部分的质量mcut3853g切削部分的折算质量3468g刀具的折算质量m*3564g重心与夹紧面的轴向距离44.1mm平衡品质级别G40mm/s抗弯强度σw340N/mm2夹紧装置的偏心距esp0.1mm弹性模量E2.1×105N/mm2密度（钢）ρ7.85×103g/mm3安全系数ƒs4-最大许用转速nshank1.9256×104r/minB.2HSK的nHSK计算示例HSK的nHSK（见4.3）的计算示例见表B.2。表B.2HSK的nHSK计算示例定义符号数值1数值2数值3单位平衡等级的寿命退化系数ƒG2.52.52.5-安全系数ƒs444-摩擦系数ƒr0.70.70.7-HSK的夹紧力FHSK110001100011000NHSK的公称直径dHSK630063006300mm切削力Fc255255255N表B.2HSK的nHSK计算示例（续）定义符号数值1数值2数值3单位切削力作用点的轴向距离200200200mm刀具的全部质量m800080008000g平衡品质级别G6.3b2.5cmm/sGB/T18955规定的刀具最大转速nmax810081008100r/mmHSK端面的平面度0.0020.0020.002mmHSK的端面圆跳动0.0030.0030.003mm刀具的偏心距e0.06060.03200.0208mm到重心的距离mmHSK的最大转速nHSK73871016112598r/mm刀具部件的最大转速nmax738781008100r/mm刀具部件：尽可能由使用者重新装配。刀具部件：无间隙安装，例如，液压芯轴。刀具部件：固定安装，用户无法更改。（规范性）测量夹紧装置偏心距的方法检验芯轴的直径为夹紧装置的公称直径。检验芯轴满足下列要求，并按图C.1测量：a)按4.1要求检验芯轴的直径公差：h6/h8；b)检验芯轴的圆柱度：0.002mm；c)检验芯轴的直线度：0.002mm；d)检验芯轴的圆度：0.002mm；e)表面无纵向划痕；f)表面粗糙度应小于Rz=4μm；g)表面硬度：(58+3)HRC。标引序号说明：1——驱动轴/夹紧装置柄部；2——驱动轴/夹紧装置柄部；3——测点A；4——测点B；5——测量芯轴；L1——10mm；L2——(l