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刀具动平衡技术的发展现状

添加人:admin 发布时间:2009-11-14 13:43:20 来源:中国搅拌机网

1.引言
   从二十世纪八十年代开始,随着现代制造技术的快速发展,金属切削加工进入了以高速切削为代表的发展阶段。由于高速切削技术具有明显的技术优势,目前已在工业发达国家的汽车、飞机、模具等工业制造领域得到广泛应用,产生了巨大的技术经济效益,并显示出在二十一世纪现代制造技术发展中具有的重要地位和广阔应用前景
  对于不同的工件材料和不同的加工工序,要求达到的切削速度并不相同,通常可将切削速度或进给速度较普通切削提高5~1O倍归入高速切削范畴。  高速切削的实现需要建立在机床、刀具等相关领域最新技术成果的基础上。目前,高速切削主要应用于在加工中心机床上采用铣刀、镗刀、孔加工刀具等旋转刀具进行的切削加工,所用加工中心机床的主轴转速通常在lO000r/min以上。当加工中心机床主轴转速高达lO000r/min 以上时,高速旋转的刀具包括夹持刀柄存在的不平衡量所产生的离心力将对主轴轴承、机床部件等施加周期性载荷,从而引起振动,这将对主轴轴承、刀具寿命和加工质量造成不利影响。因此,高速切削加工对旋转刀具提出了严格的动平衡要求。“高速切削”目前还是一个发展中的相对概念。研究高速旋转刀具的动平衡技术、有效控制刀具不平衡量是研制开发和推广应用高速切削技术的必要前提和配套技术。德国的切削行业对高速旋转刀具动平衡技术做了大量研究开发工作,本文结合有关报导对高速切削刀具动平衡技术的研究现状及一些相关问题作一介绍。  
  2.动平衡的一般概念
  旋转刀具的动平衡原理与一般旋转零件的动平衡原理相似。首先,刀具结构的设计应尽可能对称;其次,在需要对刀具进行平衡时,可根据测出的不平衡量采用刀柄去重或调节配重等方法实现平衡。由于刀具品种不同,具体采用的平衡方法也不相同。法国EPB公司特制的平衡刀具柄产品内装了平衡配重机构,并设置了配重刻度,通过转动配重环,调整其相对位置,即可补偿因刀具结构不对称或调刀引起的不平衡量;德国Walter公司的高速面铣刀则采用螺钉调节不平衡量。  但是,如何科学、定量地规定和评价刀具的平衡质量以及在不同加工条件下允许的刀具不平衡量,是刀具制造商和用户关心的首要问题。为此,有必要介绍一下机械转子动平衡的一般概念。     IS0 1940《刚性转子的动平衡质量要求》标准规定,一个转子的不平衡量或称残留不平衡量用U表示单位为gmm,U值可在平衡机上测得;某一转子允许的不平衡量或称允许残留不平衡量用Uper表示。从实际平衡效果考虑,通常转子的质量mkg越大,其允许残留不平衡量也越大。为对转子的平衡质量进行相对比较,可用单位质量残留不平衡量e表示,即e=U/mgmm/kg,相应地即有eper=Uper/m。U和e是转子本身对于给定回转轴所具有的静态或称准动态特性,可定量表示转子的不平衡程度。从准动态的角度看,一个用U、e和m值表示其静态特性的转子完全等效于一个质量为mkg、且其重心与回转中心的偏心距为 eμm的不平衡转子,而U值则为转子质量mkg与偏心距eμm的乘积。因此,也可将e称为残留偏心量,这是e的一个很有用的物理含义。对于普通的刀具或工具系统,可由刀具制造商或用户借助于平衡机进行平衡。      一个转子平衡质量的优劣是一个动态概念,它与使用的转速有关。如ISO 1940标准给出的平衡质量等级图上一组离散的标有G值的45°斜线表示不同的平衡质量等级,其数值为epergmm/kg与角速度ωrad/s 的乘积单位为mm/s,用于表示一个转子平衡质量的优劣。例如,某个转子的平衡质量等级G=6.3,表示该转子的e值与使用时ω值的乘积应小于或等于 6.3。使用时,可根据要求的平衡质量等级G及转子可能使用的最大转速,从图上查出转子允许的eper值,再乘以转子质量,即可求出该转子允许的不平衡量。