刀具系统的动平衡

高速切削时，随着主袖转速的提高，在刀刃—刀柄—刀盘—夹紧装置组成的刀具系统中，刀

具和夹具的不对称形状、系统构件的连接间隙和夹紧的不精确、主抽的圆跳动和磨损、主铀

刀具拉紧机构中拉杆—碟形弹簧的偏移、冷却润滑液的影响等都会造成刀具系统的不平衡，

会对主轴产生一个附加的径向载荷。由于离心力的作用，主轴与刀具结合部位的锥孔会产生

扩展效应，不仅会影响刀具和主铀的连接刚度，严重时还会飞出伤人。因此，高速加工要确

保高速下主轴与刀具的连接状态不能发生变化，并且对动态平衔提出很高的要求，不仅要求

主轴要有精密的动平衡，而且刀具装夹机构也需精密动平衡。

《高速旋转铣刀的安全性要求》标准规定：用于高速切削的铣刀必须经过动平衡测试，

井应达到Is01940—l规定的G1平衡质量等级以上。这种等级的动平衡要求，采用常规的方

法仅在装配前对主轴的每个零件分别进行动平衡是不够的，还需在装配后进行整体精确动平

衡，甚至还要设计专门的自动平衡系统来实现主轴在线动平衡，以确保主釉高速平稳地

运行。

引起高速切削刀具系统不平衡的主要因素有：刀具的平衡极限和残余不平衡度、刀具结

构不平衡、刀柄不对称、刀具及夹头的安装(如单刃铿刀)44对称、主轴—刀具界面上径向

的装夹精度，主袖的磨损和回转桔度；刀具和主轴连接面上杂物颗粒的污染等。

对于旋转体的平衡，国际上采用Isol940—l标准用于评价。设刀具在距离旋转中心f

(mm)处存在等效的不平衡质量m(8)，则刀具允许的不平衡量u(8·mm)可定义为刀具

不平衡质量与其偏心距的乘积，即u＝me。设G为允许反映刀具平衡量与旋转速度n(r／

min)之间关系的参数，则 根据牛顿第二定律，由于不平衡量的存在，在旋转过程中将产生与速度平方成正比的离心力F。对于旋转体的平衡，国际上采用的标准是Is01940—1或美国标准ANsIs2．19，用G参数对刚性旋转体进行分级，G的数字量分级从Go．4到G4000。6后面的数字越小，平衡等级越南。G后面的数字表示每单位旋转体质量允许的残余不平衡量，6的单位是8·mm／ks，也等于残余质量中心以Mm表示的偏移量。由式(8—1)可知，G1近似表示刀具以loooor／mtn的转速回转时，回转轴与刀具中心轴线的偏心距为1ym。

在该标淮中，允许的不平衡量EJ(8·mm)为

U＝9545Gm／n式中6———G等级量，每单位旋转体质量所允许的残余不平衡量

m——旋转部件的质量，k8； n——主轴转速，r／mtn。

对不同机床的动平衡要求是：普通机床的旋转件66．3；普通刀柄和机床传动件G2．5；

磨床及精密机械旋转件G1．o；精密磨床主抽及部分高速电主轴Go．4‘6000 r／min以上的高速切削刀具和刀柄系统的动平衡等级必须＜G2．5。

图8—6表示了由于刀具不平衡所引起的离心力与主轴转速和刀具不平衡量的关系，离心力会使主铀轴承受到方向不断变化的径向力作用而加速磨损并引起机床振动，当主轴转速提高时，惯性离心力将以平方倍数增大。因此，高速旋转刀具在使用前除进行静平衡外，还必须进行动平衡。应根据其使用速度范围进行平衡，以实现的加工效益。对高速切削刀具进行平衡时，首先需对刀具、夹头、主轴等各个元件单独进行平衡，然后对刀具与央头组合体进行平衡，最后将刀具连同主轴一起进行平衡。

推荐采用微调螺钉进行精细平衡，或直接采用内装动平衡机构的控刀，通过转动补偿环

移动内部配重以补偿刀具不平衡量。图8—7为法国EPB公司制造的平衡刀具产品，其内装

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，即可补偿刀具结

构不对称。图8—8为德国walter公司采用螺钉调节不平衡量的高速面铣刀。

模具/零件 高速加工中心 钻攻中心 高速加工中心 都归属数控机床系列

本文由 伯特利数控 整理发表