高速加工中心是高速機床的典型產(chǎn)品级闭，高速功能部件如電主軸务傲、高速絲杠和直線電動機的發(fā)展應(yīng)用極大地提高了切削效率狈癞。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(yīng)成為高速加工中心的重要技術(shù)內(nèi)容璧榄。隨著切削速度的提高特漩，切削時間的不斷縮短，對換刀時間的要求也在逐步提高骨杂，換刀的速度已成為高水平加工中心的一項重要指標(biāo)。

　　由于加工中心的自動換刀要求可靠準(zhǔn)確雄卷，而且結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜搓蚪，提高換刀速度技術(shù)難度大。目前國外機床先進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)的高速加工中心為了適應(yīng)高速加工丁鹉，大都配備了快速自動換刀裝置妒潭，很多采用了新技術(shù)、新方法榆博。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換刀技術(shù)仲及，希望對我國高速加工中心的發(fā)展有些幫助。

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侧焚，綜合考慮機床的各方面因素锭偿，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(shè)置摆地、換刀方式挂剪、換刀執(zhí)行機構(gòu)和適應(yīng)高速機床的結(jié)構(gòu)特點等。

1) 換刀速度指標(biāo)

　　衡量換刀速度的方法主要有三種：①刀到刀換刀時間：②切削到切削換刀時間：③切屑到切屑換刀時間增量。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她打，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(yīng)是衡量加工中心效率高低的最直接指標(biāo)童唧。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栽埠，更適合作為機床自動換刀裝置的性能指標(biāo)。這兩種方法通常用來評價換刀速度镐胃。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(biāo)镶骗，在技術(shù)條件可能的情況下献烦，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卖词，通過自動換刀巩那，減少輔助加工時間。在高速加工中心上此蜈，由于切削速度的大幅度提高即横，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裆赵。

　　加工中心的換刀裝置通常由刀庫和刀具交換機構(gòu)組成东囚，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战授。為了適合高速運動的需要页藻，高速加工中心在結(jié)構(gòu)上已和傳統(tǒng)的加工中心不同，以刀具運動進(jìn)給為主植兰，減小運動件的質(zhì)量已成為高速加工中心設(shè)計的主流份帐。因此，設(shè)計換刀裝置時楣导，要充分考慮到高速機床的新結(jié)構(gòu)特征捎霍。

　　在設(shè)置高速加工中心上的換刀裝置時，時間并不是唯一的考慮因素漏匿。首先缨吸，應(yīng)在換刀動作準(zhǔn)確、可靠的基礎(chǔ)上提高換刀速度衅洞。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源照，這一點尤其重要：其次，要根據(jù)應(yīng)用對象和性能價格比選配ATC流肢。在換刀時間對生產(chǎn)過程影響大的應(yīng)用場合锁销，要盡可能提高換刀速度。例如琅戏，在汽車等生產(chǎn)線上们袜，換刀時間和換刀次數(shù)要計入零件生產(chǎn)節(jié)拍。而在另外一些地方择常，如模具型腔加工堰怜，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)上提高動作速度滋戳，或采用動作速度更快的機構(gòu)和驅(qū)動元件钻蔑。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)奸鸯。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)的快速換刀裝置咪笑，刀到刀換刀時間只有0.6s可帽。

　　根據(jù)高速機床新的結(jié)構(gòu)特點設(shè)計刀庫和換刀裝置的形式和位置。例如窗怒，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(jìn)給方式映跟，為減輕運動件質(zhì)量，刀庫和換刀裝置不宜再裝在立柱上扬虚。

　　采用新方法進(jìn)行刀具快速交換努隙。不用刀庫和機械手方式，而改用其它方式換刀辜昵。例如不用換刀荸镊，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堪置，讓主軸直接參與換刀過程躬存，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攒陋，顯著簡化刀庫和換刀裝置的結(jié)構(gòu)灶花。

　　適合于高速加工中心的3)4 刀柄。HSK刀柄質(zhì)量輕薯荷，拔插刀行程短凳慈，可以使自動換刀裝置的速度提高〗溆撸快速自動換刀裝置采用HSK空心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢。

2 快速換刀的一些結(jié)構(gòu)方法

　　除了在傳統(tǒng)換刀裝置的基礎(chǔ)上提高動作速度外扩芋，還出現(xiàn)了一些新方法和新結(jié)構(gòu)換刀裝置睦柏。下面介紹其中一些，以供參考聪痢。

1) 多主軸換刀

　　這種機床沒有傳統(tǒng)的刀庫和換刀裝置赶馍，而是采用多個主軸并排固定在主軸架上，一般為3～18個翼袒。每個主軸由各自的電動機直接驅(qū)動摘甜，并且每個主軸上安裝了不同的刀具。換刀時不是主軸上的刀具交換玄柏，而是安裝在夾具上的工件快速從一個主軸的加工位置移動到另一個裝有不同刀具的主軸襟衰，實現(xiàn)換刀并立即加工。這個移動時間就是換刀時間粪摘，而且非常短瀑晒。由夾具快速移動完成換刀，省去了復(fù)雜的換刀機構(gòu)徘意。奧地利ANGERG公司生產(chǎn)的這種結(jié)構(gòu)的機床苔悦，實現(xiàn)了切屑到切屑換刀時間僅為0.4s轩褐。是目前世界上切屑到切屑換刀時間最短的機床。這種結(jié)構(gòu)的機床和通常的加工中心結(jié)構(gòu)已大不相同玖详。不僅可以用于需要快速換刀的加工把介，而且可以多軸同時加工，適合在高效率生產(chǎn)線上使用蟋座。

2) 雙主軸換刀

　　加工中心有兩個工作主軸拗踢，但不是同時用于切削加工。一個主軸用于加工蜈七，另一個主軸在此期間更換刀具秒拔。但需要換刀時，加工的主軸迅速退出薛津，換好刀具的主軸立即進(jìn)入加工恐呢。由于兩個過程可以同時進(jìn)行，換刀時間實際就是已經(jīng)裝好刀具的兩個主軸的換位時間症妻，使輔助時間減到最少节婶，即機床切屑到切屑換刀時間達(dá)到最短。由于有兩個主軸追临，這種機床的刀庫和換刀機械手可以是一套享积，也可以是兩套。如德國Alfing-Kessler公司生產(chǎn)的加工中心采用雙主軸系統(tǒng)蘑弊，使用一套刀庫和換刀機械手履岂。而德國Hornsberg-Lamb公司生產(chǎn)的HSC-500、HSC-630掘缭、HFC-630加工中心有兩個主軸和兩套換刀系統(tǒng)函强。兩個主軸可以用1.0～1.5s的時間移動到加工位置并啟動加速到加工的最大速度。具體的交換時間取決于機床的尺寸觅冈。

3) 刀庫布置在主軸周圍的轉(zhuǎn)塔方式

　　這種方式反璃，刀庫本身就相當(dāng)于機械手，即通過刀庫拔插刀并采用順序換刀假夺，使機床切屑到切屑換刀時間較短淮蜈。這種方式如果要實現(xiàn)任意換刀，則就隨所選刀在刀庫的位置不同而存在時間長短不等已卷，最遠(yuǎn)的刀可能切屑到切屑換刀時間較長梧田。因此，這種方式作為高速自動換刀裝置只能采用順序選刀的方式悼尾。

4) 多機械手方式

　　同樣柿扣，刀庫布置在主軸的周圍，但采用每把刀有一個機械手的方式使換刀幾乎沒有時間的損失闺魏，并可以采用任意選刀的方式未状。德國CHIRON公司生產(chǎn)的這種結(jié)構(gòu)的機床俯画，實現(xiàn)了切屑到切屑換刀時間僅為1.5s，是目前世界上單主軸機床切屑到切屑換刀時間最短的加工中心司草。

3 配備快速自動換刀裝置的加工中心

　　國內(nèi)外一些技術(shù)先進(jìn)的機床制造公司開發(fā)出了多種采用不同技術(shù)的具有快速換刀裝置的高速加工中心艰垂，一個很重要的特點是換刀技術(shù)的多樣化，其目的都是努力縮短刀具交換時間埋虹。下表所列是切屑到切屑換刀時間小于4s的高速加工中心吭辛。

4 結(jié)束語

　　金屬切削機床的高速化已成為機床發(fā)展的重要方向之一，因此驳辖，快速換刀技術(shù)已經(jīng)成為高速加工中心技術(shù)的重要組成部分嘴净。新技術(shù)和新方法在不斷地出現(xiàn)和改進(jìn)，其目的只有一個体咽，即在準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)上护狠，縮短換刀時間，全面提高高速加工中心的切削效率飒迅。我國的高速機床制造業(yè)應(yīng)該及時學(xué)習(xí)和盡快掌握先進(jìn)的技術(shù)方法同蚂，不斷提高國產(chǎn)高速加工中心的制造水平。

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