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刀具的發(fā)展在人類進步的歷史上占有重要的地位。中國早在公元前28～前20世紀，就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質(zhì)刀具。戰(zhàn)國后期(公元世紀)，由于掌握了滲碳技術(shù)，制成了銅質(zhì)刀具。當時的鉆頭和鋸，與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處。
然而，刀具的快速發(fā)展是在18世紀后期，伴隨蒸汽機等機器的發(fā)展而來的。1783年，法國的勒內(nèi)制出銑刀。1792年，英國的莫茲利制出絲錐和板牙。有關(guān)麻花鉆的發(fā)明早的文獻記載是在1822年，但直到1864年才作為商品生產(chǎn)。

各種刀具的結(jié)構(gòu)都由裝夾部分和工作部分組成。整體結(jié)構(gòu)刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上；鑲齒結(jié)構(gòu)刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上。
刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠內(nèi)孔套裝在機床的主軸或心軸上，借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩，如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。
帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀、刨刀等一般為矩形柄；圓錐柄靠錐度承受軸向推力，并借助摩擦力傳遞扭矩；圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆、立銑刀等刀具，切削時借助夾緊時所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩。很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成，而工作部分則用高速鋼把兩部分對焊而成。

20世紀90年代初德國就開始了對高速銑刀的安全性技術(shù)研究，并制訂了DIN6589-1《高速銑刀的安全要求》標準草案，規(guī)定了高速銑刀失效的試驗方法和標準，在技術(shù)上提出了高速銑刀設(shè)計、制造和使用的指導(dǎo)性意見，規(guī)定了統(tǒng)一的安全性檢驗方法。該標準草案已成為各國高速銑刀安全性的指導(dǎo)性文件。 [1]
2．1 高速銑刀的安全失效形式與試驗方法
標準草案規(guī)定了高速切削的速度界限，超過該速度后離心力將成為銑刀的主要載荷，采用安全技術(shù)。在刀具直徑與高速切削范圍關(guān)系圖，曲線以上區(qū)域為該標準規(guī)定的銑刀經(jīng)過安全檢驗的高速切削范圍：對于直徑d1≤32mm的單件刀具（整體或焊接刀具），其切削速度超過10000m/mm為高速切削范圍；對于直徑d1>32mm的裝配式機夾刀具，高速切削范圍為線段BC以上區(qū)域。高速銑刀的安全失效形式有兩種：變形和破裂。不同類型銑刀的安全試驗方法也不同。對于機夾可轉(zhuǎn)位銑刀，有兩種安全試驗方法：一種方法是在1.6倍大使用轉(zhuǎn)速下進行試驗，刀具的性變形或零件的位移不超過0.05mm；另一種方法是在2倍于大使用轉(zhuǎn)速下試驗，刀具不發(fā)生破裂（包括夾緊刀片的螺釘被剪斷、刀片或其他夾緊元件被甩飛、刀體的爆裂等）。而對于整體式銑刀，則在2倍于大使用轉(zhuǎn)速條件下試驗而不發(fā)生彎曲或斷裂。 [1]
2．2 高速銑刀強度計算模型

高速刀具在離心力的作用下是否發(fā)生失效的關(guān)鍵在于刀體的強度是否足夠、機夾刀的零件夾緊是否可靠。當把離心力作為主要載荷計算刀體強度時，由于刀具形狀的復(fù)雜性，用經(jīng)典力學(xué)理論計算得出的結(jié)果誤差很大，常常不能滿足安全性設(shè)計的要求。為了在刀具設(shè)計階段對其結(jié)構(gòu)強度在離心力作用下的受力和變形進行定性和定量的分析，可通過有限元方法計算不同轉(zhuǎn)速下的應(yīng)力大小，模擬失效過程和改進設(shè)計方案。高速銑刀有限元計算模型中包括刀體、刀體座、刀片和夾緊螺釘。計算刀體（包括螺釘、刀片等零件質(zhì)量）的彈性變形，再對分離出的刀座作詳細分析，把所獲得的刀體彈性變形作為邊界條件加到刀座分離體；然后由切出的刀座、刀片、螺釘及無質(zhì)量的摩擦副組成刀片夾緊系統(tǒng)的模型，進行夾緊的可靠性分析。有限元模型能模擬刀片在刀座里的傾斜、滑動、轉(zhuǎn)動以及螺釘在夾緊時的變形，可計算出在不同轉(zhuǎn)速下刀片位移和螺釘受力的大小。