2.2高速銑刀強度計算模型高速刀具在離心力的作用下是否發(fā)生失效的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。當把離心力作為主要載荷計算刀體強度時，由于刀具形狀的復雜性，用經(jīng)典力學理論計算得出的結果誤差很大，常常不能滿足安全性設計的要求。
為了在刀具設計階段對其結構強度在離心力作用下的受力和變形進行定性和定量的分析，可通過有限元方法計算不同轉速下的應力大小，模擬失效過程和改進設計方案。高速銑刀有限元計算模型中包括刀體、刀體座、刀片和夾緊螺釘。首先計算刀體（包括螺釘、刀片等零件質量）的彈性變形，再對分離出的刀座作詳細分析，把所獲得的刀體彈性變形作為邊界條件加到刀座分離體；然后由切出的刀座、刀片、螺釘及無質量的摩擦副組成刀片夾緊系統(tǒng)的模型，進行夾緊的可靠性分析。有限元模型能模擬刀片在刀座里的傾斜、滑動、轉動以及螺釘在夾緊時的變形，可計算出在不同轉速下刀片位移和螺釘受力的大小。
3提高高速銑刀安全性的措施
結合高速銑刀安全性標準，通過有限元計算模型的分析，為適應安全性要求，可采取以下措施：
（1）減輕刀具質量，減少刀具構件數(shù)，簡化刀具結構
由試驗求得的相同直徑的不同刀具的破裂極限與刀體質量、刀具構件數(shù)和構件接觸面數(shù)之間的關系，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，刀具質量越輕，構件數(shù)量和構件接觸面越少，刀具破裂的極限轉速越高。研究發(fā)現(xiàn)，用鈦合金作為刀體材料減輕了構件的質量，可提高刀具的破裂極限和極限轉速。但由于鈦合金對切口的敏感性，不適宜制造刀體，因此有的高速銑刀已采用高強度鋁合金來制造刀體。
在刀體結構上，應注意避免和減小應力集中，刀體上的槽（包括刀座槽、容屑槽、鍵槽）會引起應力集中，降低刀體的強度，因此應盡量避免通槽和槽底帶尖角。同時，刀體的結構應對稱于回轉軸，使重心通過銑刀的軸線。刀片和刀座的夾緊、調(diào)整結構應盡可能消除游隙，并且要求重復定位性好。目前，高速銑刀已廣泛采用HSK刀柄與機床主軸連接，較大程度地提高了刀具系統(tǒng)的剛度和重復定位精度，有利于刀具破裂極限轉速的提高。此外，機夾式高速銑刀的直徑顯露出直徑變小、刀齒數(shù)減少的發(fā)展趨勢，也有利于刀具強度和剛度的提高。 |
