刀具动平衡技术的发展现状（二）

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　　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m(kg)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/m(gmm/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m(kg)、且其重心与回转中心的偏心距为e(μm)的不平衡转子，而U值则为转子质量m(kg)与偏心距e(μm)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。

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　　实际上，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eper(gmm／kg)与角速度ω(rad／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。

　　接下来的问题是如何确定高速旋转刀具的合理平衡质量等级G，从而得出在最高使用转速下要求的Uper值。

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　　3.合理平衡质量等级的确定

　　为了确定高速旋转刀具统一的合理平衡质量等级G，由德国政府和机器制造商协会(VDMA)所属精密工具专业委员会牵头成立了工作组，将刀具动平衡技术作为一个“要求公开”的项目进行了系统研究。研究组的成员来自相关行业及技术领域，如刀具、机床和平衡机制造行业、用户行业、大学和研究机构等。根据他们的研究结果，提出了“高速旋转刀具系统平衡要求”的指导性规范(FMK—Richtlinie)。

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　　该规范有三个要点：

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　　(1)认为对刀具平衡质量等级的要求是由上限值和下限值界定的一个范围，大于上限值时刀具的不平衡量将对加工带来负面影响，而小于下限值则表明不平衡量要求过严，这在技术和经济上既不合理且无必要。

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　　(2)以主轴轴承动态载荷的大小作为刀具平衡质量的评价尺度，并规定以G16作为统一的上限值。由于切削加工条件以及影响加工效果因素的多样性，以加工效果的好坏作为刀具平衡的评价尺度并不能普遍适用，而因刀具不平衡引起的主轴轴承动态载荷的大小则是与不平衡量直接相关的参数，因此提出以主轴轴承动态载荷的大小作为制定统一平衡要求的依据。

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　　根据VDI加56(DIN／ISO10816)“机械振动评定标准”的规定，可将使主轴轴承产生最大振动速度(1～2.8mm／s)的不平衡量作为刀具系统允许不平衡量的上限值。当以lmm/s或2.8mm/s的振动速度作为评价尺度时，不同重量的HSK一63刀柄在一定转速范围内所允许的平衡质量等级G的上限值(三条曲线b)表明，G的上限值与刀具的质量、转速和选定的机床主轴振动速度有关，且分散在一个较大范围内。工作组选取振动速度1.2mm/S、2mm/s、转速范围10000～40000r/min、重量0.5～10kg的不同规格HSK刀柄，计算出27个G的上限值，其中最大G值达201，最小G值仅为9。

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