刀具动平衡技术的研究及现状

　　刀具动平衡与动平衡失稳
　　
　　刀具动平衡是一个动态指标，它描述了回转主轴、刀具系统动平衡优劣程度。工程上实际并不存在的动平衡，所谓的动平衡更多的是指该刀具系统回转时的平衡程度。ISO1940“刚性转子的动平衡质量要求”标准规定[1],一个转子的不平衡量（或称残留不平衡量）用U表示（单位为g·mm），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刀具动平衡技术的车间级应用Uper表示。从工程实施的角度考虑，转子允许的残留不平衡量与转子的质量有关，即：质量越大所允许的残留不平衡量也越大。单位质量残留不平衡量用e表示，即e=U/m（（g·mm）/kg），因此有eper=Uper/m。U和e都是转子相对于给定回转轴所具有的准动态特性，可定量表示转子的不平衡程度。
　　
　　事实上，一个转子动平衡的优劣还与其使用时的转速有关。当转子高速旋转时，其动平衡会变得较为微妙：一旦转速到达一个临界值时，只需一个极为微小的扰动力就会打破转子固有的平衡状态，使转子产生很大的变形甚至破坏，这便是动平衡失稳。动平衡失稳现象的根本原因是转子回转过程中产生的惯性离心力。一般来说，相对于旋转刀柄而言，主轴以及接口的刚度要大得多，因此刀柄可以简化为悬臂梁模型，当刀柄以某一转速转动时,若在悬臂端点处作用一个外力，该刀柄将产生变形，转轴因变形处于动不平衡状态，由此产生的离心力将使轴进一步产生变形，zui终导致转子动平衡失稳。
　　
　　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。
　　
　　“高速切削”目前还是一个发展中的相对概念。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。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。