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数控冲床高速切削刀具的安全性

发布者:卓AG游戏械  发布时间:2013/7/19 8:28:53

数控冲床高速切削时,高速旋转着的工件、夹具、刀具积聚着很大的能量,承受着很大的离心力,当主轴转速达40000r/min时,若有刀片崩裂,撑下来的刀具碎片就像出膛的子弹,可能造成重大的事故和伤害。因此,解决伴随着高速切削而出现的安全问题成为进一步推广高速切削的前提。
数控冲床高速刀具安全性涉及的主要对象是高速旋转的镜刀和锺刀,尤其是高速镜刀,因为高速镜削已在模具工业、航空工业和汽车工业得到应用,显示出很大的优越性。所以研究高速镜刀的安全性更具有紧迫性和现实性。德国早在20世纪90年代初就开始对高速镜刀安全技术进行了研究,取得了一系列实用性的成果,制订的DIN6589-1"高速锐刀的安全要求"标准草案,规定了高速镜刀失效的试验方法和标准,该标准已经成为高速镜刀安全性的指导性文件。
对于数控冲床机夹可转位刀片镜刀的安全性,除了刀体的强度外,还有零件、刀片夹紧的可靠性。为了能在设计阶段对刀具的结构强度在离心力作用下受力和变形情况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应力大小,模拟失效过程和改进设计方案。有限元模型包括如图8-13所示的刀体与刀片座、刀片、夹紧螺钉三部分。首先计算刀体(包括螺钉、刀片等零件的质)的纯弹性变形,接着对分离出来的刀座做详细的分析,把前面获得的刀体弹性变形作为边界条件加到刀座分离体上。然后由切出的刀座、刀片、螺钉及无质量的摩擦剧组成了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,可计算在不同转速下的刀片位移和螺钉受力大才根据计算和试验,机夹可转位恍刀在高速下的失效。

可有两种形式:一种形式是夹紧刀片的螺钉被剪断,刀片或其他夹紧元件甩飞;另一种形式是刀体的爆碎。在多数情况下首先出现的是前一种失效,即在较低的速度下出现零件甩飞,随着转速进--步提高达到刀体强度的临界值,才出现后一种失效,刀体爆碎。图8-14为模拟计算显示的这两种失效过程与转速的关系。在静止状态下刀片的夹紧力对刀体产生一个向心的变形,随着转速增加,一方面刀体弹性膨胀,刀片随刀体一起向外胀。同时,刀片的离心力克服螺钉夹紧力,使向心夹紧力和变形量逐渐减小,直至完全离开刀座的径向支撑,此时夹紧己完全失效,即达到曲线上的拐点,拐点以后,刀片开始迅速外移直至甩飞。

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