高速
加工中心是高速
機(jī)床的典型產(chǎn)品，高速功能部件如電主軸、高速絲杠和直線電動(dòng)機(jī)的發(fā)展應(yīng)用極大地提高了切削效率。為了配合機(jī)床的高效率，作為加工中心的重要部件之一的自動(dòng)換刀裝置（ATC）的高速化也相應(yīng)成為高速加工中心的重要技術(shù)內(nèi)容。
隨著切削速度的提高，切削時(shí)間的不斷縮短，對(duì)換刀時(shí)間的要求也在逐步提高，換刀的速度已成為高水平加工中心的一項(xiàng)重要指標(biāo)。由于加工中心的自動(dòng)換刀要求可靠準(zhǔn)確，而且結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，提高換刀速度技術(shù)難度大。目前國外機(jī)床先進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)的高速加工中心為了適應(yīng)高速加工，大都配備了快速自動(dòng)換刀裝置，很多采用了新技術(shù)、新方法。本文將介紹一些提高換刀速度的技術(shù)方法和國外先進(jìn)高速加工中心的快速自動(dòng)換刀技術(shù)，希望對(duì)我國高速加工中心的發(fā)展有些幫助。
快速自動(dòng)換刀技術(shù)是以減少輔助加工時(shí)間為主要目的，綜合考慮機(jī)床的各方面因素，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成刀具交換的技術(shù)方法。該技術(shù)包括刀庫的設(shè)置、換刀方式、換刀執(zhí)行機(jī)構(gòu)和適應(yīng)高速機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。
（1）換刀速度指標(biāo)
衡量換刀速度的方法主要有三種：①刀到刀換刀時(shí)間：②切削到切削換刀時(shí)間：③切屑到切屑換刀時(shí)間。由于切屑到切屑換刀時(shí)間基本上就是加工中心兩次切削之間的時(shí)間，反映了加工中心換刀所占用的輔助時(shí)間，因此切屑到切屑換刀時(shí)間應(yīng)是衡量加工中心效率高低的最直接指標(biāo)。而刀到刀換刀時(shí)間則主要反映自動(dòng)換刀裝置本身性能的好壞，更適合作為機(jī)床自動(dòng)換刀裝置的性能指標(biāo)。這兩種方法通常用來評(píng)價(jià)換刀速度。至于換刀時(shí)間多少才是高速機(jī)床的快速自動(dòng)換刀裝置并沒有確定的指標(biāo)，在技術(shù)條件可能的情況下，應(yīng)盡可能提高換刀速度。
（2）提高換刀速度的基本原則
加工中心自動(dòng)刀具交換的基本出發(fā)點(diǎn)是在多種刀具參與的加工過程中，通過自動(dòng)換刀，減少輔助加工時(shí)間。在高速加工中心上，由于切削速度的大幅度提高，自動(dòng)換刀裝置和刀庫的配置要考慮盡可能縮短換刀時(shí)間，從而和高速切削的機(jī)床相配合。加工中心的換刀裝置通常由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成，常用的有機(jī)械手式和無機(jī)械手式等方式。刀庫的形式和擺放位置也不一樣。為了適合高速運(yùn)動(dòng)的需要，高速加工中心在結(jié)構(gòu)上已和傳統(tǒng)的加工中心不同，以刀具運(yùn)動(dòng)進(jìn)給為主，減小運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量已成為高速加工中心設(shè)計(jì)的主流。因此，設(shè)計(jì)換刀裝置時(shí)，要充分考慮到高速機(jī)床的新結(jié)構(gòu)特征。
在設(shè)置高速加工中心上的換刀裝置時(shí)，時(shí)間并不是唯一的考慮因素。首先，應(yīng)在換刀動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠的基礎(chǔ)上提高換刀速度。特別是ATC是加工中心功能部件中故障率相對(duì)比較高的部分，這一點(diǎn)尤其重要：其次，要根據(jù)應(yīng)用對(duì)象和性能價(jià)格比選配ATC。在換刀時(shí)間對(duì)生產(chǎn)過程影響大的應(yīng)用場(chǎng)合，要盡可能提高換刀速度。例如，在汽車等
生產(chǎn)線上，換刀時(shí)間和換刀次數(shù)要計(jì)入零件生產(chǎn)節(jié)拍。而在另外一些地方，如
模具型腔加工，換刀速度的選擇就可以放寬一些。
（3）提高換刀速度的主要技術(shù)方法
在傳統(tǒng)的自動(dòng)換刀裝置的基礎(chǔ)上提高動(dòng)作速度，或采用動(dòng)作速度更快的機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)元件。例如，機(jī)械凸輪結(jié)構(gòu)的換刀速度要大大高于液壓和氣動(dòng)結(jié)構(gòu)。日本SODIC公司生產(chǎn)的MC450立式加工中心的機(jī)械凸輪結(jié)構(gòu)的快速換刀裝置，刀到刀換刀時(shí)間只有0.6s。
根據(jù)高速機(jī)床新的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)刀庫和換刀裝置的形式和位置。例如，傳統(tǒng)的立式加工中心的刀庫和換刀裝置多裝在立柱一側(cè)：而高速加工中心則多為立柱移動(dòng)的進(jìn)給方式，為減輕運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量，刀庫和換刀裝置不宜再裝在立柱上。
采用新方法進(jìn)行刀具快速交換。不用刀庫和機(jī)械手方式，而改用其它方式換刀。例如不用換刀，用換主軸的方法。
利用新開發(fā)的加工中心的主軸部件可作6自由度高速運(yùn)動(dòng)這一特點(diǎn)，讓主軸直接參與換刀過程，不僅可使刀庫配置位置靈活，而且可減少刀庫運(yùn)動(dòng)的自由度，顯著簡化刀庫和換刀裝置的結(jié)構(gòu)。
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