高速立式加工中心如何提高自動換刀

高速立式加工中心是高速機床的典型產(chǎn)品，高速功能部件如電主軸、高速絲杠和直線電動機的發(fā)展應用極大地提高了切削效率。為了配合機床的高效率，作為加工中心的重要部件之一的自動換刀裝置(ATC)的高速化也相應成為高速立式加工中心的重要技術(shù)內(nèi)容。隨著切削速度的提高，切削時間的不斷縮短，對換刀時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重要指標。

由于加工中心的自動換刀要求可靠準確，而且結(jié)構(gòu)相對比較復雜，提高換刀速度技術(shù)難度大。目前國外機床先進企業(yè)生產(chǎn)的高速立式加工中心為了適應高速加工，大都配備了快速自動換刀裝置，很多采用了新技術(shù)、新方法。

根據(jù)高速機床新的結(jié)構(gòu)特點設計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的進給方式，為減輕運動件質(zhì)量，刀庫和換刀裝置不宜再裝在立柱上。采用新方法進行刀具快速交換。

不用刀庫和機械手方式，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自由度高速運動這一特點，讓主軸直接參與換刀過程，不僅可使刀庫配置位置靈活，而且可減少刀庫運動的自由度，顯著簡化刀庫和換刀裝置的結(jié)構(gòu)。 適合于高速加工中心的刀柄。HSK刀柄質(zhì)量輕，拔插刀行程短，可以使自動換刀裝置的速度提高?？焖僮詣訐Q刀裝置采用HSK空心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢。

高速加工中心不斷提高的工作性能是模具制造業(yè)得以高效和高精度加工模具的重要前提。在驅(qū)動技術(shù)的推動下，涌現(xiàn)出結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、性能優(yōu)良的眾多不同類型的高速加工中心。90年代中后期出現(xiàn)的三軸高速加工中心現(xiàn)已發(fā)展到五軸高速加工中心。

1快速自動換刀技術(shù)

快速自動換刀技術(shù)是以減少輔助加工時間為主要目的，綜合考慮機床的各方面因素，在盡可能短的時間內(nèi)完成刀具交換的技術(shù)方法。該技術(shù)包括刀庫的設置、換刀方式、換刀執(zhí)行機構(gòu)和適應高速機床的結(jié)構(gòu)特點等。

高速立式加工中心快速換刀裝置

(1)換刀速度指標

衡量換刀速度的方法主要有三種：①刀到刀換刀時間：②切削到切削換刀時間：③切屑到切屑換刀時間。由于切屑到切屑換刀時間基本上就是加工中心兩次切削之間的時間，反映了加工中心換刀所占用的輔助時間，因此切屑到切屑換刀時間應是衡量加工中心效率高低的最直接指標。而刀到刀換刀時間則主要反映自動換刀裝置本身性能的好壞，更適合作為機床自動換刀裝置的性能指標。這兩種方法通常用來評價換刀速度。至于換刀時間多少才是高速機床的快速自動換刀裝置并沒有確定的指標，在技術(shù)條件可能的情況下，應盡可能提高換刀速度。

(2)提高換刀速度的基本原則

加工中心自動刀具交換的基本出發(fā)點是在多種刀具參與的加工過程中，通過自動換刀，減少輔助加工時間。在高速立式加工中心上，由于切削速度的大幅度提高，自動換刀裝置和刀庫的配置要考慮盡可能縮短換刀時間，從而和高速切削的機床相配合。

加工中心的換刀裝置通常由刀庫和刀具交換機構(gòu)組成，常用的有機械手式和無機械手式等方式。刀庫的形式和擺放位置也不一樣。為了適合高速運動的需要，高速立式加工中心在結(jié)構(gòu)上已和傳統(tǒng)的加工中心不同，以刀具運動進給為主，減小運動件的質(zhì)量已成為高速立式加工中心設計的主流。因此，設計換刀裝置時，要充分考慮到高速機床的新結(jié)構(gòu)特征。

在設置高速立式加工中心上的換刀裝置時，時間并不是唯一的考慮因素。首先，應在換刀動作準確、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比較高的部分，這一點尤其重要：其次，要根據(jù)應用對象和性能價格比選配ATC。在換刀時間對生產(chǎn)過程影響大的應用場合，要盡可能提高換刀速度。例如，在汽車等生產(chǎn)線上，換刀時間和換刀次數(shù)要計入零件生產(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

適合于高速立式加工中心的快速自動換刀技術(shù)主要有以下幾個方面：

在傳統(tǒng)的自動換刀裝置的基礎(chǔ)上提高動作速度，或采用動作速度更快的機構(gòu)和驅(qū)動元件。例如，機械凸輪結(jié)構(gòu)的換刀速度要大大高于液壓和氣動結(jié)構(gòu)。日本SODIC公司生產(chǎn)的MC450立式加工中心的機械凸輪結(jié)構(gòu)的快速換刀裝置，刀到刀換刀時間只有0.6s。

根據(jù)高速機床新的結(jié)構(gòu)特點設計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)：而高速立式加工中心則多為立柱移動的進給方式，為減輕運動件質(zhì)量，刀庫和換刀裝置不宜再裝在立柱上。

采用新方法進行刀具快速交換。不用刀庫和機械手方式，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自由度高速運動這一特點，讓主軸直接參與換刀過程，不僅可使刀庫配置位置靈活，而且可減少刀庫運動的自由度，顯著簡化刀庫和換刀裝置的結(jié)構(gòu)。

適合于高速立式加工中心的刀柄。HSK刀柄質(zhì)量輕，拔插刀行程短，可以使自動換刀裝置的速度提高?？焖僮詣訐Q刀裝置采用HSK空心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢。
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