數(shù)控沖床高速切削時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)著的工件、夾具、刀具積聚著很大的能量，承受著很大的離心力，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)40000r/min時(shí)，若有刀片崩裂，撐下來(lái)的刀具碎片就像出膛的子彈，可能造成重大的事故和傷害。因此，解決伴隨著高速切削而出現(xiàn)的安全問(wèn)題成為進(jìn)一步推廣高速切削的前提。
數(shù)控沖床高速刀具安全性涉及的主要對(duì)象是高速旋轉(zhuǎn)的鏡刀和鍾刀，尤其是高速鏡刀，因?yàn)楦咚夔R削已在模具工業(yè)、航空工業(yè)和汽車(chē)工業(yè)得到應(yīng)用，顯示出很大的優(yōu)越性。所以研究高速鏡刀的安全性更具有緊迫性和現(xiàn)實(shí)性。德國(guó)早在20世紀(jì)90年代初就開(kāi)始對(duì)高速鏡刀安全技術(shù)進(jìn)行了研究，取得了一系列實(shí)用性的成果，制訂的DIN6589-1"高速銳刀的安全要求"標(biāo)準(zhǔn)草案，規(guī)定了高速鏡刀失效的試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為高速鏡刀安全性的指導(dǎo)性文件。
對(duì)于數(shù)控沖床機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片鏡刀的安全性，除了刀體的強(qiáng)度外，還有零件、刀片夾緊的可靠性。為了能在設(shè)計(jì)階段對(duì)刀具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在離心力作用下受力和變形情況進(jìn)行定性和定量的分析，可通過(guò)有限元方法計(jì)算不同轉(zhuǎn)速下應(yīng)力大小，模擬失效過(guò)程和改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。有限元模型包括如圖8-13所示的刀體與刀片座、刀片、夾緊螺釘三部分。首先計(jì)算刀體(包括螺釘、刀片等零件的質(zhì))的純彈性變形，接著對(duì)分離出來(lái)的刀座做詳細(xì)的分析，把前面獲得的刀體彈性變形作為邊界條件加到刀座分離體上。然后由切出的刀座、刀片、螺釘及無(wú)質(zhì)量的摩擦劇組成了刀片夾緊系統(tǒng)的模型，進(jìn)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(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，以及螺釘在夾緊時(shí)的變形，可計(jì)算在不同轉(zhuǎn)速下的刀片位移和螺釘受力大才根據(jù)計(jì)算和試驗(yàn)，機(jī)夾可轉(zhuǎn)位恍刀在高速下的失效。

可有兩種形式：一種形式是夾緊刀片的螺釘被剪斷，刀片或其他夾緊元件甩飛；另一種形式是刀體的爆碎。在多數(shù)情況下首先出現(xiàn)的是前一種失效，即在較低的速度下出現(xiàn)零件甩飛，隨著轉(zhuǎn)速進(jìn)--步提高達(dá)到刀體強(qiáng)度的臨界值，才出現(xiàn)后一種失效，刀體爆碎。圖8-14為模擬計(jì)算顯示的這兩種失效過(guò)程與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。在靜止?fàn)顟B(tài)下刀片的夾緊力對(duì)刀體產(chǎn)生一個(gè)向心的變形，隨著轉(zhuǎn)速增加，一方面刀體彈性膨脹，刀片隨刀體一起向外脹。同時(shí)，刀片的離心力克服螺釘夾緊力，使向心夾緊力和變形量逐漸減小，直至完全離開(kāi)刀座的徑向支撐，此時(shí)夾緊己完全失效，即達(dá)到曲線上的拐點(diǎn)，拐點(diǎn)以后，刀片開(kāi)始迅速外移直至甩飛。