数控车床的8步选型法之第六步
时间：2015-01-13 阅读：1361
在具备综合加工能力的一些数控机床上，如加工中心、车削中心和带交换冲头的数控冲床等，自动交换装置是这些设备的基本特征附件，它的工作质量直接关系到整机的质量，也是构成设备投资中的重要组成部分（经费占整机成本的10%～30%）。因此，在选择主机设备时必须得重视所配ATC自动换刀装置的工作质量和刀具储存量。目前加工中心自动换刀装置的配套较为规范，以下以加工中心的ATC装置为例来说明其选择原则。
现场经验表明，在加工中心的使用故障中有50%左右与ATC装置有关，但ATC又是提高设备加工效率的基本部件，因此建议用户应在满足使用要求的前提下，尽量选用结构简单和可靠性高的ATC，这样也可以相应地降低整机价格。
一、 下面介绍与ATC装置相关的主要技术参数：
1.刀柄型号取决于机床主轴装刀柄孔的规格。现在绝大部分加工中心机床主轴孔都是采用ISO规定的7:24锥孔，常用的有40号、45号、50号等，个别的还有30号和35号。机床规格越小，刀柄规格也应选小的，但小规格刀柄对加工大尺寸孔和长孔很不利，所以对一台机床如果有大规格的刀柄可选择时，应该尽量选择大的，但刀库容量和换刀时间都要受到影响。近年来加工中心和数控铣床都向高速化方向发展，许多实验数据表明：当主轴转速超过10000r/min以上时，7:24锥孔由于离心力作用会有一定涨大，影响刀柄的定位精度。为此，一种观点是建议采用德国VDI推荐的短锥刀柄HSK系列，另外，在日本已有部分商品的锥面和端面同时接触的过定位锥面刀柄，但在定心精度和重复定位精度方面，HSK系列要好一些，目前在国内还很少有厂家生产。
对同一种锥面规格的刀柄有日本BT标准、美国CAT标准、德国VDI标准等，他们规定机械手爪夹持的尺寸不一样，刀柄的拉紧钉尺寸也不一样，所以选择时必须考虑齐全，对已经拥有一定数量数控机床的用户或即将采购一批数控机床的用户，应尽可能选择互相能通用的、单一标准的刀柄系列。
2.换刀时间是指刀柄交换时间，即从主轴上换下用过的刀具、装上新的刀具的总时间。细分又有两种规定方式，即刀对刀时间（Tool to tool）和总换刀时间（Chip to chip），总换刀时间包含了旧刀具加工完毕离开加工区域到刀具交换完毕主轴上装上新刀具进入新的加工前之间的时间。目前zui快的纯换刀时间可达0.7s左右，总换刀时间在3～12s之间，立式机床换刀时间一般比卧式的短。换刀时间短意味着机床生产效率高。
3.zui大刀具重量是指在自动刀具交换情况下允许的zui大刀具重量，锥度40号左右刀柄zui大允许重量在7～8kg，50号刀柄在15kg，一些重型刀具可达25～30kg，但这时换刀速度要减慢。zui大刀具直径和长度主要受刀库尺寸空间的限制。
4.刀库容量一些加工中心机床上配置的刀库容量往往有几种规格供选择，有十几把到40、60、100把等，一些柔性加工单元（FMC）配置*刀库后刀具储存量可达近千把，刀库的容量只要能满足基本需要，一般不宜选得太大，因为容量大，刀库成本高，结构复杂，故障率也相应增加，刀具管理也较为复杂。在单台机床使用中，当更换一种新的工件时，操作者要根据新的工艺资料对刀库进行一次清理，刀库中无关的刀具越多，整理工作量也就越大，也就越容易出现人为的差错。所以用户一般应根据典型工件的工艺分析，算出需用刀具数量，进而确定刀库的容量。如果不是按柔性加工单元或柔性制造系统来考虑，一般机床的刀库以满足一种工件一次装夹所需的全部刀柄数量作为选择依据。根据国外对中小型加工中心加工典型工件的工艺分析，认为中小型机床刀具储存量应在4～48把之间。
在纳入柔性制造单元的机床中，考虑到适应多工件、多工序同时加工的要求，需要配置大容量的刀库，此时应增加相应的刀具管理措施。
二、刀柄和刀具的选择在主机和自动换刀装置（ATC）确定后，要选择所需的刀柄和刀具（刃具）。数控机床所用刀柄系列基本都已标准化，尤其是加工中心所用刀柄，如美国的CAT、日本的BT和我国的JT等。数控机床加工工件zui终要靠的是切削刃具，但刃具和机床的连接、在自动交换刀具时提供给机械手的夹持部位等都要靠刀柄来解决，所以选择刀具实质上是包括刃具和刀柄的配置。刃具选择取决于加工工艺要求，刃具确定后还必须配置相应刀柄，例如，工艺要求钻一个直径6mm的小孔，则刃具选用直径6mm直柄麻花钻头，然后还要选用一个能夹持钻头的刀柄。现在有一部分刀柄本身也配置的刃具，如精镗刀柄等。总之，这些附件绝大部分都已标准化，由专业化生产厂供货，机床用户要根据具体加工对象合理选用。由于刀柄可供选择的范围很广，但选多了将加大投资，选少了将影响机床的开动率，所以应慎重对待。
对一些总批量超过几千件、反复投产的工件加工来说，在工艺安排中可以考虑采用复合刀具，即利用数控机床主切削功率较大、机床刚度较好的特长，采用复合刀具进行多刀多刃的强力切削，可提高生产率和缩短生产节拍。但一把复合刀具价格要贵得多，而且变成工具，必须考虑工件有足够数量时才经济。
近年在数控机床使用的刀具上开发出了许多新的产品，大大丰富了数控机床的加工工艺，例如，垂直铣头、反刮刀具、去毛刺刀具、增速头、铣螺纹刀和内冷刀具。
三、自动交换工作台自动交换工作台是在主机上配置的附件，配置的数量有2、4、6、10个等，除双交换工作台以外，主要用柔性制造单元配置。双交换工作台的配置可以大大节省复杂零件装卸定位夹紧的辅助时间，提高机床开动率，但增加该功能设备，投资至少要加10万元以上。多数量交换工作台用于柔性制造单元，适用于24小时少人或无人化管理，适应多品种工件交替投产加工，这里应注意增加质量检查措施，否则投资增长20%～50%是不经济的。
这一步的感觉虽然简单，但是由于数控车床的综合情况，需要很多的因素共同考虑，所以也是很费心的一步。