高速加工中心的快速自动换刀技术（一）

YAO470

　　高速加工中心是高速机床的典型产品，高速功能部件如电主轴、高速丝杠和直线电动机的发展应用极大地提高了切削效率。为了配合机床的高效率，作为加工中心的重要部件之一的自动换刀装置(ATC)的高速化也相应成为高速加工中心的重要技术内容。随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高，换刀的速度已成为高水平加工中心的一项重要指标。
) l. h5 h( s9 i3 i　　由于加工中心的自动换刀要求可靠准确，而且结构相对比较复杂，提高换刀速度技术难度大。目前国外机床先进企业生产的高速加工中心为了适应高速加工，大都配备了快速自动换刀装置，很多采用了新技术、新方法。本文将介绍一些提高换刀速度的技术方法和国外先进高速加工中心的快速自动换刀技术，希望对我国高速加工中心的发展有些帮助。
　　1快速自动换刀技术
$ l! F! v5 u: v, d; ^, p- `% [　　快速自动换刀技术是以减少辅助加工时间为主要目的，综合考虑机床的各方面因素，在尽可能短的时间内完成刀具交换的技术方法。该技术包括刀库的设置、换刀方式、换刀执行机构和适应高速机床的结构特点等。
1 q1 g+ W. E0 m, C) I0 w% G7 N　　(1)换刀速度指标
/ s; T$ E( F2 A1 D$ T+ i$ G" j　　衡量换刀速度的方法主要有三种：①刀到刀换刀时间：②切削到切削换刀时间：③切屑到切屑换刀时间。由于切屑到切屑换刀时间基本上就是加工中心两次切削之间的时间，反映了加工中心换刀所占用的辅助时间，因此切屑到切屑换刀时间应是衡量加工中心效率高低的最直接指标。而刀到刀换刀时间则主要反映自动换刀装置本身性能的好坏，更适合作为机床自动换刀装置的性能指标。这两种方法通常用来评价换刀速度。至于换刀时间多少才是高速机床的快速自动换刀装置并没有确定的指标，在技术条件可能的情况下，应尽可能提高换刀速度。
　　(2)提高换刀速度的基本原则
' k4 Q; x/ D( h/ I+ V! h　　加工中心自动刀具交换的基本出发点是在多种刀具参与的加工过程中，通过自动换刀，减少辅助加工时间。在高速加工中心上，由于切削速度的大幅度提高，自动换刀装置和刀库的配置要考虑尽可能缩短换刀时间，从而和高速切削的机床相配合。
　　加工中心的换刀装置通常由刀库和刀具交换机构组成，常用的有机械手式和无机械手式等方式。刀库的形式和摆放位置也不一样。为了适合高速运动的需要，高速加工中心在结构上已和传统的加工中心不同，以刀具运动进给为主，减小运动件的质量已成为高速加工中心设计的主流。因此，设计换刀装置时，要充分考虑到高速机床的新结构特征。
　　在设置高速加工中心上的换刀装置时，时间并不是唯一的考虑因素。首先，应在换刀动作准确、可靠的基础上提高换刀速度。特别是ATC是加工中心功能部件中故障率相对比较高的部分，这一点尤其重要：其次，要根据应用对象和性能价格比选配ATC。在换刀时间对生产过程影响大的应用场合，要尽可能提高换刀速度。例如，在汽车等生产线上，换刀时间和换刀次数要计入零件生产节拍。而在另外一些地方，如模具型腔加工，换刀速度的选择就可以放宽一些。
0 D, X  I  z. X' Q2 s! f　　(3)提高换刀速度的主要技术方法
2 n8 `0 Y3 m9 e( s　　适合于高速加工中心的快速自动换刀技术主要有以下几个方面：
7 p1 k9 O( w) C　　在传统的自动换刀装置的基础上提高动作速度，或采用动作速度更快的机构和驱动元件。例如，机械凸轮结构的换刀速度要大大高于液压和气动结构。日本SODIC公司生产的MC450立式加工中心的机械凸轮结构的快速换刀装置，刀到刀换刀时间只有0.6s。
  ^% j* L, W7 j- y/ @) [　　根据高速机床新的结构特点设计刀库和换刀装置的形式和位置。例如，传统的立式加工中心的刀库和换刀装置多装在立柱一侧：而高速加工中心则多为立柱移动的进给方式，为减轻运动件质量，刀库和换刀装置不宜再装在立柱上。
1 Y1 L) w- X7 l/ E* z# l　　采用新方法进行刀具快速交换。不用刀库和机械手方式，而改用其它方式换刀。例如不用换刀，用换主轴的方法。
; T9 {8 w1 V9 M2 c- c" u8 M　　利用新开发的加工中心的主轴部件可作6自由度高速运动这一特点，让主轴直接参与换刀过程，不仅可使刀库配置位置灵活，而且可减少刀库运动的自由度，显著简化刀库和换刀装置的结构。
　　适合于高速加工中心的刀柄。HSK刀柄质量轻，拔插刀行程短，可以使自动换刀装置的速度提高。快速自动换刀装置采用HSK空心短锥柄刀是发展的趋势。
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