刀必须经过安全检验的高速切削范围：对于直径 d1≤32mm 的单件刀具(整体刀具或焊接
刀具)

≥

，高速切削范围为切削速度 1000m/min，即线段 AB 以上的区域；对于直径 d1＞

32mm 的装配式机夹刀具，高速切削范围为线段 BC 以上的区域。标准规定的安全性检测
包括形式检验和样品刀具的离心力试验。形式检验的内容包括对设计图纸、计算资料、尺寸、
装配状态和外观的检查。样品刀具的离心力试验分两种情况：对于机夹式刀具，在 1.6 倍
于最大使用转速(np＝1.6nmax)下试验，刀具的永久变形或零件的位移不超过 0.05mm，或
者在 2 倍于最大使用转速(np=2nmax)下试验，刀具不发生爆碎；对于整体式刀具则必须
在 np=2nmax 条件下试验而不发生弯曲或断裂。标准要求制造商应把刀具的最大使用转速
(nmax)和有关特征参数、商标清晰地、永久性地标示在刀具上，并随刀具向用户提供必要
的证明文件和安全使用说明。标准还提供了高速铣刀设计的指导意见。在标准规定的安全
性技术的指导和监督下，目前德国生产的高速铣刀已经达到很高的安全性。离心力破坏试
验所得数据的一个例子，直径 80mm 和 200mm 的铣刀分别约在 35000r/min 和 25000r/min
时 爆 碎 ， 考 虑 安 全 系 数 2 ， 则 允 许 的 最 大 使 用 速 度 可 分 别 达 到 4000m/min 和
7800m/min。Mapal 公司的 PCD 高速铣刀系列在考虑了安全系数 4 以后，所推荐的允许最
大切削速度分别为 6700m/min(铣刀直径 80mm)和 8400m/min(铣刀直径 200mm)。为了满足
刀具样品离心力试验的需要，达姆斯塔特大学引入了一台试验装置，最高转速可达
210000r/min，试验范围为：刀具长度 250mm，刀具直径 200mm，刀具重量 10kg，并制定
了标准的试验程序。这个标准草案后来作为德国 DIN 标准建议提交给欧洲标准化委员会，
并于 1995 年被采纳，同期也作为 ISO 的国际标准建议征询会员国的意见，表明高速铣刀

  

的安全性在国际上取得了广泛的共识。

为了加快高速铣刀的开发过程，工作组还就高速铣刀的强度计算进行了研究。指出防止离
心力造成的破坏关键在于刀体的强度是否足够，机夹刀的零件夹紧是否可靠。当把离心力
作为主要载荷计算刀体强度时，由于刀体形状的复杂性，用经典力学理论计算得出的结
果有很大的误差，不能满足安全性设计的要求。为此，达姆斯塔特大学与斯马尔卡登
(Schmalkalden)制造技术开发公司合作开发了专门用于高速铣刀的有限元计算方法，该方
法可以模拟在不同转速下刀具应力的大小和分布(如图 5 所示)，分别开发了刀体、刀座、刀
片、夹紧螺钉的计算模块，通过这些模块的组合实现整个刀具的计算。该方法还能模拟刀
片在刀座里的滑动、螺钉头在拧紧和工作载荷下的变形。计算显示，当转速达到 30000～
35000r/min 时，螺钉已达临界应力而出现拉伸变形，在达到临界速度之前，螺钉首先产
生弯曲，夹紧力下降，刀片发生位移。在实际应用中，将模拟设计计算与样品的离心力试
验验证结合起来，并从试验所获刀具变形、刀片位移的数据中得到建立模型所需要的边界
条件。使用有限元计算模型可以在设计阶段就分析刀具的结构，预测失效的状态，从而可
减少样品试验的反复次数，加快高速铣刀开发过程，降低开发费用，并且可使刀具的性
能进一步提高。按此方法开发的直角铣刀的几何变形量可减小 20%，失效转速可提高
10%

  

。

  
    高速铣刀安全标准的制定和有限元计算模型的开发，对高速铣刀的设计和使用提出了

  

以下改进意见：

    1.

  

刀体材料

    为了减轻和承受离心力的作用，要求刀体材料的比重要小，强度要高，现在有的高速
铣刀已采用高强度铝合金制造刀体。标准建议，刀体材料的选择应取决于材料拉伸强度与