2.2高速銑刀強(qiáng)度計(jì)算模型高速刀具在離心力的作用下是否發(fā)生失效的關(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。當(dāng)把離心力作為主要載荷計(jì)算刀體強(qiáng)度時(shí)，由于刀具形狀的復(fù)雜性，用經(jīng)典力學(xué)理論計(jì)算得出的結(jié)果誤差很大，常常不能滿(mǎn)足安全性設(shè)計(jì)的要求。
為了在刀具設(shè)計(jì)階段對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在離心力作用下的受力和變形進(jìn)行定性和定量的分析，可通過(guò)有限元方法計(jì)算不同轉(zhuǎn)速下的應(yīng)力大小，模擬失效過(guò)程和改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。高速銑刀有限元計(jì)算模型中包括刀體、刀體座、刀片和夾緊螺釘。首先計(jì)算刀體（包括螺釘、刀片等零件質(zhì)量）的彈性變形，再對(duì)分離出的刀座作詳細(xì)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(wú)質(zhì)量的摩擦副組成刀片夾緊系統(tǒng)的模型，進(jìn)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(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)以及螺釘在夾緊時(shí)的變形，可計(jì)算出在不同轉(zhuǎn)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(jié)合高速銑刀安全性標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)有限元計(jì)算模型的分析，為適應(yīng)安全性要求，可采取以下措施：
（1）減輕刀具質(zhì)量，減少刀具構(gòu)件數(shù)，簡(jiǎn)化刀具結(jié)構(gòu)
由試驗(yàn)求得的相同直徑的不同刀具的破裂極限與刀體質(zhì)量、刀具構(gòu)件數(shù)和構(gòu)件接觸面數(shù)之間的關(guān)系，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，刀具質(zhì)量越輕，構(gòu)件數(shù)量和構(gòu)件接觸面越少，刀具破裂的極限轉(zhuǎn)速越高。研究發(fā)現(xiàn)，用鈦合金作為刀體材料減輕了構(gòu)件的質(zhì)量，可提高刀具的破裂極限和極限轉(zhuǎn)速。但由于鈦合金對(duì)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(qiáng)度鋁合金來(lái)制造刀體。
在刀體結(jié)構(gòu)上，應(yīng)注意避免和減小應(yīng)力集中，刀體上的槽（包括刀座槽、容屑槽、鍵槽）會(huì)引起應(yīng)力集中，降低刀體的強(qiáng)度，因此應(yīng)盡量避免通槽和槽底帶尖角。同時(shí)，刀體的結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)稱(chēng)于回轉(zhuǎn)軸，使重心通過(guò)銑刀的軸線。刀片和刀座的夾緊、調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能消除游隙，并且要求重復(fù)定位性好。目前，高速銑刀已廣泛采用HSK刀柄與機(jī)床主軸連接，較大程度地提高了刀具系統(tǒng)的剛度和重復(fù)定位精度，有利于刀具破裂極限轉(zhuǎn)速的提高。此外，機(jī)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(shì)，也有利于刀具強(qiáng)度和剛度的提高。 |
