浅谈快速自动换刀装置.pdf

浅谈快速自动换刀装置
TalkaboutQuickSpeedAutomaticToolsChanger

北京机械工业学院(100085)王科社杨庆东孙志永

【摘要】快速自动换刀装置是高速加工中心的重要组成部分,这里简要介绍自动换刀装置换刀
时间的计量方法,并说明什么是快速自动换刀装置;介绍了目前实现快速换刀的各种途径,还
介绍了国内外快速自动换刀装置在加工中心上的应用情况和具体的刀对刀换刀时间、切屑对
切屑换刀时间。从而可看出快速自动换刀装置的发展情况。
关键词加工中心自动换刀装置高速切削

Keywordsmachiningcenter,ATC,highspeedcutting

当今企业的竞争集中表现在产品款式、新产品行程的中点(若加工中心的工作台为长方形,则X

开发周期及产品生产规模。加工中心和柔性生产线坐标应与长方形的长边平行);Y轴的参考位置YR
作为工作母机,在企业未来的竞争中将发挥关键的在Y行程最低位置向上1/4行程处;Z轴参考位置

作用,并将成为本世纪机械制造业的主导。ZR在近主轴处的工作台边缘位置。
为了使高速加工中心具有组合机床和专用机床4)切屑对切屑换刀时间(chip-to-chip)这种

的高生产效率,近几年来,包括主轴高速化、进给高换刀时间是指X、Y、Z坐标从参考位置PR移向换刀

速化、结构高刚性、高加减速、快速自动换刀装置与位置PC,换完刀后再回到参考位置PR的过程中主
快速工件交换系统的机床产品正不断涌现。轴启动并达到最高转速所需要的时间。
实现自动换刀装置的高速化是各加工中心制造切屑对切屑换刀时间与切削对切削换刀时间的
企业之间竞争焦点之一,这是因为高速切削使切削区别仅多考虑了主轴启动性能对换刀时间的影响。

时间不断缩短,因而换刀时间的缩短对于加工中心若主轴启动性能比较好,在各坐标从换刀位置PC,

生产率的提高就显得更加重要,因此,机床生产企业换完刀后再回到参考位置PR的过程中,主轴就可以
和机床的用户都在关注国内外高速加工中心及其配达到最高转速,则切屑对切屑换刀时间就与切削对
置的快速自动换刀装置的发展情况。切削换刀时间相同。切屑对切屑换刀时间基本反映
了加工中心换刀所占用的辅助时间。
快速自动换刀装置概述
2.快速自动换刀装置的常规认定
1.自动换刀装置换刀时间的计量方法综上所述,切屑对切屑换刀时间应是衡量加工
目前,换刀时间的计量方法主要有以下4种:中心效率高低的最直接指标;而刀对刀换刀时间则
1)刀对刀换刀时间(tool-to-tool)指自动换刀是主要反映自动换刀装置本身性能的好坏。为此,用
装置把要换的刀具开始从主轴拔下到将下一工步需切屑对切屑换刀时间作为快速自动换刀装置的主要
要的刀具完全插入主轴所需要的时间。性能指标,同时也考虑刀对刀换刀时间这个指标。目
2)位置对位置换刀时间(position-to-position)前,按一般常规认为:切屑对切屑换刀时间小于4s

指机床的各坐标进入换刀位置PC那一刻到换完刀的自动换刀装置,或者刀柄号为ISO30时的刀对刀

后离开换刀位置PC那一刻所需要的时间。换刀时间小于0.6s、刀柄号为ISO40时刀对刀的换
3)切削对切削换刀时间(cut-to-cut)指从参刀时间小于1s、刀柄号为ISO50时刀对刀换刀时间
考位置PR移向换刀位置PC,换完刀后再回到参考小于1.5s的自动换刀装置称为快速自动换刀装置。

位置PR所需要的时间。
实现快速自动换刀的主要途径
对于Z轴为垂直状态的加工中心(如立式加工

中心等),参考位置PR以X、Y、Z坐标各自行程范围1.采用多主轴方式

的中点作为参考位置,称之为:XR、YR、ZR。主轴并排固定在主轴架上,每根主轴由各自的
对于Z轴为水平状态的加工中心(如卧式加工电动机直接驱动,简化了传动系统和主轴结构,每根

中心等),参考位置PR:在X轴的参考位置XR为X主轴安装1把刀具,由夹具快速位移完成换刀,省去
《新技术新工艺》·机械加工与自动化年第期
·20·200210
了复杂的换刀机构。奥地利ANGER公司生产这种时间最短的机床。
结构的加工中心(机床),实现了切屑对切屑换刀时2.德国Alfing-Kessler公司生产的双主轴卧式
间为0.4s。加工中心,采用HSK-63刀柄,有2个主轴、1套换
2.在加工时间内换刀刀装置和1个刀库。当一个主轴加工时,另一个主轴
当一个主轴进行加工时,在另一个主轴上进行和刀库进行刀具交换。当需要换刀加工时,这另一个
着刀具的交换,使实际换刀辅助时间减至最短或为主轴移动到加工位置并启动加速到加工的最大速
0。这样,即使每个主轴刀对刀的换刀时间为度,仅需1s(切屑对切屑换刀时间)。
5～6.5s,而切屑对切屑的换刀时间可以是0.4s或3.德国Horns