德國在九十年代初就開始了對高速銑刀安全性技術的研究，在機器製造商協會（VDMA）的支持下，以達姆斯塔特（Darmstadt）大學製造技術與機床研究所為核心，組成了由刀具製造廠、研究所和用戶參加的工作組，從事高速銑刀安全性技術的研究。經過近十年的工作，取得了一系列階段性成果，推動了世界範圍內高速切削技術的發展。下面介紹他們的主要研究成果。
首先，試驗證明普通銑刀的結構和強度不能適應高速切削的要求，因為普通銑刀並非為高速切削而設計，沒有經過一定的強度計算和安全檢驗。用這類刀具加工鋁合金時，還沒有達到被加工材料最佳切削速度的一半，刀體或刀片的夾緊系統就失效了。工作組首先就「高速旋轉銑刀設計和試驗指導意見」進行了研究，在此基礎上，於1994年起草了《高速旋轉銑刀的安全性要求》DIN標準，從法律角度規範製造商和用戶在設計、製造和使用高速銑刀時的行為和責任，在技術上提出了高速銑刀設計、製造和使用的指導意見，規定了統一的安全性檢驗方法，以提高刀具製造商和用戶的安全意識，保證高速銑削的安全。標準草案規定了它的適用範圍，即高速切削的速度界限，超過這一界限，離心力成為銑刀的主要載荷，則必須採用安全技術。如圖3所示，曲（折）線以上的區域為標準規定的銑刀必須經過安全檢驗的高速切削範圍：對於直徑d1≤32mm的單件刀具（整體刀具或焊接刀具），高速切削範圍為切削速度≥1000m/min，即線段AB以上的區域；對於直徑d1＞32mm的裝配式機夾刀具，高速切削範圍為線段BC以上的區域。標準規定的安全性檢測包括形式檢驗和樣品刀具的離心力試驗。形式檢驗的內容包括對設計圖紙、計算資料、尺寸、裝配狀態和外觀的檢查。樣品刀具的離心力試驗分兩種情況：對於機夾式刀具，在1．6倍於最大使用轉速（np＝1．6nmax）下試驗，刀具的永久變形或零件的位移不超過0．05mm，或者在2倍於最大使用轉速（np＝2nmax）下試驗，刀具不發生爆碎；對於整體式刀具則必須在np＝2nmax條件下試驗而不發生彎曲或斷裂。標準要求製造商應把刀具的最大使用轉速（nmax）和有關特徵參數、商標清晰地、永久性地標示在刀具上，並隨刀具向用戶提供必要的證明文件和安全使用說明。標準還提供了高速銑刀設計的指導意見。在標準規定的安全性技術的指導和監督下，目前德國生產的高速銑刀已經達到很高的安全性。圖4是由離心力破壞試驗所得數據的一個例子，直徑80mm和200mm的銑刀分別約在35000r/min和25000r/min時爆碎，考慮安全係數2，則允許的最大使用速度可分別達到4000m/min和7800m/min。Mapal公司的PCD高速銑刀系列在考慮了安全係數4以後，所推薦的允許最大切削速度分別為6700m/min（銑刀直徑80mm）和8400m/min（銑刀直徑200mm）。為了滿足刀具樣品離心力試驗的需要，達姆斯塔特大學引入了一台試驗裝置，最高轉速可達210000r/min，試驗範圍為：刀具長度250mm，刀具直徑200mm，刀具重量10kg，並制定了標準的試驗程序。這個標準草案後來作為德國DIN標準建議提交給歐洲標準化委員會，並於1995年被採納，同期也作為ISO的國際標準建議徵詢會員國的意見，表明高速銑刀的安全性在國際上取得了廣泛的共識。
為了加快高速銑刀的開發過程，工作組還就高速銑刀的強度計算進行了研究。指出防止離心力造成的破壞關鍵在於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，由於刀體形狀的複雜性，用經典力學理論計算得出的結果有很大的誤差，不能滿足安全性設計的要求。為此，達姆斯塔特大學與斯馬爾卡登（Schmalkalden）製造技術開發公司合作開發了專門用於高速銑刀的有限元計算方法，該方法可以模擬在不同轉速下刀具應力的大小和分佈（如圖5所示），分別開發了刀體、刀座、刀片、夾緊螺釘的計算模塊，通過這些模塊的組合實現整個刀具的計算。該方法還能模擬刀片在刀座里的滑動、螺釘頭在擰緊和工作載荷下的變形。計算顯示，當轉速達到30000～35000r /min時，螺釘已達臨界應力而出現拉伸變形，在達到臨界速度之前，螺釘首先產生彎曲，夾緊力下降，刀片發生位移。在實際應用中，將模擬設計計算與樣品的離心力試驗驗證結合起來，並從試驗所獲刀具變形、刀片位移的數據中得到建立模型所需要的邊界條件。使用有限元計算模型可以在設計階段就分析刀具的結構，預測失效的狀態，從而可減少樣品試驗的反覆次數，加快高速銑刀開發過程，降低開發費用，並且可使刀具的性能進一步提高。按此方法開發的直角銑刀的幾何變形量可減小20％，失效轉速可提高10％。
高速銑刀安全標準的制定和有限元計算模型的開發，對高速銑刀的設計和使用提出了以下改進意見：
（1）刀體材料
為了減輕和承受離心力的作用，要求刀體材料的比重要小，強度要高，現在有的高速銑刀已採用高強度鋁合金製造刀體。標準建議，刀體材料的選擇應取決於材料拉伸強度與密度的比值和應用的轉速範圍。是用不同刀體材料製造的DIN8030系列銑刀的極限切削速度比較。鈦合金由於對切口的敏感性不宜用於製造刀體。
（2）刀具結構
刀體上的槽（包括刀座槽、容屑槽、鍵槽）會引起應力集中，降低刀體的強度，因此應盡量避免通槽和槽底帶尖角。刀體的結構應對稱於迴轉軸，使重心通過銑刀的軸線。刀片和刀座的夾緊、調整結構應儘可能消除游隙，並且要求重複定位性好。需使用接頭、加長柄等連接件時也應避免游隙和提高重複定位性。實際上，高速銑刀大多採用HSK刀柄與機床主軸連接甚至做成整體式結構，以提高剛性和安裝重複定位精度。此外，機夾式高速銑刀的直徑趨小，高度增加，刀齒數也趨少，有的只有兩個刀齒，這種結構便於調整刀齒的跳動，提高加工質量。
（3）刀具（片）的夾緊方式
刀具與主軸的連接宜採用HSK錐柄或類似的錐柄結構。可轉位刀片應有中心螺釘孔或有可卡住的空刀窩。例如有一種可轉位刀片，刀片底面有一個圓的空刀窩，可與刀體上的凸起相配合，對作用在夾緊螺釘上的離心力起卸載作用。刀座、刀片的夾緊力方向最好與離心力方向一致，還要控制螺釘的預緊力，防止螺釘因過載而提前受損。對於小直徑的帶柄銑刀，現在有兩種高精度、高剛性的夾緊方法：液壓夾頭和熱冷脹縮夾頭。兩者比較，後者的夾持精度更高，傳遞的扭矩比前者大1．5～2倍，徑向剛性高2～3倍，能承受更大的離心力，更適合於整體硬質合金銑刀高速銑削淬硬的模具。日本和德國都開發了相應的加熱裝置用於刀具的裝卸。這種夾頭的缺點是適用的直徑範圍小，刀具裝卸費時。
（4）刀具的動平衡
在高速旋轉時，刀具的不平衡會對主軸系統產生一個附加的徑向載荷，其大小與轉速成平方關係，從而對刀具的安全性和加工質量帶來不利的影響。因此《高速旋轉銑刀的安全性要求》標準規定，用於高速切削的銑刀必須經過動平衡測試，並應達到ISO1940/1規定的G40平衡質量等級，即銑刀的單位重量允許不平衡量e不超過3．8197×105/nmax（mm×g/kg），式中nmax為最大使用轉速。為此，在機夾銑刀的結構上要設置調節動平衡的位置。實際上，目前某些精加工高速銑刀（或鏜刀）不平衡質量已達到G2．5級（e＝0.23873×105/nmax），平衡性比G40級好得多，而美國平衡技術公司推出的刀具動平衡機甚至可平衡到G1．0級。銑刀在機床主軸上的重複安裝精度也會影響銑刀旋轉時的不平衡效果，使用HSK刀柄可以保證很高的重複安裝精度。顯然，在對銑刀進行動平衡時，把e值（此時用μm作單位）調節到小於刀具的重複安裝精度（μm）是徒勞的。
目前，安全性技術已被世界上著名的工具製造廠家所採用，除德國的Walter、Mapal等公司推出的高速銑刀外，日本東芝Tungaloy公司的DIA9000加工鋁合金用銑刀、住友電工公司的專用SUMIDIA金剛石銑刀等在結構上都作了改進，以適應高速加工的需要，推薦的切削速度為3000～5000m/min。美國Valenite公司推出直徑從3英寸至12英寸的高速銑刀，其鋁合金刀體經表面處理后硬度達60HRC，提高了刀體的耐磨性。
