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數(shù)控車床的8步選型法之第六步
閱讀：1462 發(fā)布時間：2015-1-13
上一篇文章我們說了數(shù)控車床的8步選型法的第五步數(shù)控系統(tǒng)的選擇，這一章我們來說說八步法的第六步ATC、APC和刀柄的選擇配置。
在具備綜合加工能力的一些數(shù)控機床上，如加工中心、車削中心和帶交換沖頭的數(shù)控沖床等，自動交換裝置是這些設備的基本特征附件，它的工作質量直接關系到整機的質量，也是構成設備投資中的重要組成部分（經(jīng)費占整機成本的10%～30%）。因此，在選擇主機設備時必須得重視所配ATC自動換刀裝置的工作質量和刀具儲存量。目前加工中心自動換刀裝置的配套較為規(guī)范，以下以加工中心的ATC裝置為例來說明其選擇原則。
現(xiàn)場經(jīng)驗表明，在加工中心的使用故障中有50%左右與ATC裝置有關，但ATC又是提高設備加工效率的基本部件，因此建議用戶應在滿足使用要求的前提下，盡量選用結構簡單和可靠性高的ATC，這樣也可以相應地降低整機價格。
一、 下面介紹與ATC裝置相關的主要技術參數(shù)：
1.刀柄型號取決于機床主軸裝刀柄孔的規(guī)格?，F(xiàn)在絕大部分加工中心機床主軸孔都是采用ISO規(guī)定的7:24錐孔，常用的有40號、45號、50號等，個別的還有30號和35號。機床規(guī)格越小，刀柄規(guī)格也應選小的，但小規(guī)格刀柄對加工大尺寸孔和長孔很不利，所以對一臺機床如果有大規(guī)格的刀柄可選擇時，應該盡量選擇大的，但刀庫容量和換刀時間都要受到影響。近年來加工中心和數(shù)控銑床都向高速化方向發(fā)展，許多實驗數(shù)據(jù)表明：當主軸轉速超過10000r/min以上時，7:24錐孔由于離心力作用會有一定漲大，影響刀柄的定位精度。為此，一種觀點是建議采用德國VDI推薦的短錐刀柄HSK系列，另外，在日本已有部分商品的錐面和端面同時接觸的過定位錐面刀柄，但在定心精度和重復定位精度方面，HSK系列要好一些，目前在國內(nèi)還很少有廠家生產(chǎn)。
對同一種錐面規(guī)格的刀柄有日本BT標準、美國CAT標準、德國VDI標準等，他們規(guī)定機械手爪夾持的尺寸不一樣，刀柄的拉緊釘尺寸也不一樣，所以選擇時必須考慮齊全，對已經(jīng)擁有一定數(shù)量數(shù)控機床的用戶或即將采購一批數(shù)控機床的用戶，應盡可能選擇互相能通用的、單一標準的刀柄系列。
2.換刀時間是指刀柄交換時間，即從主軸上換下用過的刀具、裝上新的刀具的總時間。細分又有兩種規(guī)定方式，即刀對刀時間（Tool to tool）和總換刀時間（Chip to chip），總換刀時間包含了舊刀具加工完畢離開加工區(qū)域到刀具交換完畢主軸上裝上新刀具進入新的加工前之間的時間。目前zui快的純換刀時間可達0.7s左右，總換刀時間在3～12s之間，立式機床換刀時間一般比臥式的短。換刀時間短意味著機床生產(chǎn)效率高。
3.zui大刀具重量是指在自動刀具交換情況下允許的zui大刀具重量，錐度40號左右刀柄zui大允許重量在7～8kg，50號刀柄在15kg，一些重型刀具可達25～30kg，但這時換刀速度要減慢。zui大刀具直徑和長度主要受刀庫尺寸空間的限制。
4.刀庫容量一些加工中心機床上配置的刀庫容量往往有幾種規(guī)格供選擇，有十幾把到40、60、100把等，一些柔性加工單元（FMC）配置*刀庫后刀具儲存量可達近千把，刀庫的容量只要能滿足基本需要，一般不宜選得太大，因為容量大，刀庫成本高，結構復雜，故障率也相應增加，刀具管理也較為復雜。在單臺機床使用中，當更換一種新的工件時，操作者要根據(jù)新的工藝資料對刀庫進行一次清理，刀庫中無關的刀具越多，整理工作量也就越大，也就越容易出現(xiàn)人為的差錯。所以用戶一般應根據(jù)典型工件的工藝分析，算出需用刀具數(shù)量，進而確定刀庫的容量。如果不是按柔性加工單元或柔性制造系統(tǒng)來考慮，一般機床的刀庫以滿足一種工件一次裝夾所需的全部刀柄數(shù)量作為選擇依據(jù)。根據(jù)國外對中小型加工中心加工典型工件的工藝分析，認為中小型機床刀具儲存量應在4～48把之間。
在納入柔性制造單元的機床中，考慮到適應多工件、多工序同時加工的要求，需要配置大容量的刀庫，此時應增加相應的刀具管理措施。
二、刀柄和刀具的選擇在主機和自動換刀裝置（ATC）確定后，要選擇所需的刀柄和刀具（刃具）。數(shù)控機床所用刀柄系列基本都已標準化，尤其是加工中心所用刀柄，如美國的CAT、日本的BT和我國的JT等。數(shù)控機床加工工件zui終要靠的是切削刃具，但刃具和機床的連接、在自動交換刀具時提供給機械手的夾持部位等都要靠刀柄來解決，所以選擇刀具實質上是包括刃具和刀柄的配置。刃具選擇取決于加工工藝要求，刃具確定后還必須配置相應刀柄，例如，工藝要求鉆一個直徑6mm的小孔，則刃具選用直徑6mm直柄麻花鉆頭，然后還要選用一個能夾持鉆頭的刀柄?，F(xiàn)在有一部分刀柄本身也配置的刃具，如精鏜刀柄等?？傊?，這些附件絕大部分都已標準化，由專業(yè)化生產(chǎn)廠供貨，機床用戶要根據(jù)具體加工對象合理選用。由于刀柄可供選擇的范圍很廣，但選多了將加大投資，選少了將影響機床的開動率，所以應慎重對待。
對一些總批量超過幾千件、反復投產(chǎn)的工件加工來說，在工藝安排中可以考慮采用復合刀具，即利用數(shù)控機床主切削功率較大、機床剛度較好的特長，采用復合刀具進行多刀多刃的強力切削，可提高生產(chǎn)率和縮短生產(chǎn)節(jié)拍。但一把復合刀具價格要貴得多，而且變成工具，必須考慮工件有足夠數(shù)量時才經(jīng)濟。
近年在數(shù)控機床使用的刀具上開發(fā)出了許多新的產(chǎn)品，大大豐富了數(shù)控機床的加工工藝，例如，垂直銑頭、反刮刀具、去毛刺刀具、增速頭、銑螺紋刀和內(nèi)冷刀具。
三、自動交換工作臺自動交換工作臺是在主機上配置的附件，配置的數(shù)量有2、4、6、10個等，除雙交換工作臺以外，主要用柔性制造單元配置。雙交換工作臺的配置可以大大節(jié)省復雜零件裝卸定位夾緊的輔助時間，提高機床開動率，但增加該功能設備，投資至少要加10萬元以上。多數(shù)量交換工作臺用于柔性制造單元，適用于24小時少人或無人化管理，適應多品種工件交替投產(chǎn)加工，這里應注意增加質量檢查措施，否則投資增長20%～50%是不經(jīng)濟的。
這一步的感覺雖然簡單，但是由于數(shù)控車床的綜合情況，需要很多的因素共同考慮，所以也是很費心的一步。
在具備綜合加工能力的一些數(shù)控機床上，如加工中心、車削中心和帶交換沖頭的數(shù)控沖床等，自動交換裝置是這些設備的基本特征附件，它的工作質量直接關系到整機的質量，也是構成設備投資中的重要組成部分（經(jīng)費占整機成本的10%～30%）。因此，在選擇主機設備時必須得重視所配ATC自動換刀裝置的工作質量和刀具儲存量。目前加工中心自動換刀裝置的配套較為規(guī)范，以下以加工中心的ATC裝置為例來說明其選擇原則。
現(xiàn)場經(jīng)驗表明，在加工中心的使用故障中有50%左右與ATC裝置有關，但ATC又是提高設備加工效率的基本部件，因此建議用戶應在滿足使用要求的前提下，盡量選用結構簡單和可靠性高的ATC，這樣也可以相應地降低整機價格。
一、 下面介紹與ATC裝置相關的主要技術參數(shù)：
1.刀柄型號取決于機床主軸裝刀柄孔的規(guī)格?，F(xiàn)在絕大部分加工中心機床主軸孔都是采用ISO規(guī)定的7:24錐孔，常用的有40號、45號、50號等，個別的還有30號和35號。機床規(guī)格越小，刀柄規(guī)格也應選小的，但小規(guī)格刀柄對加工大尺寸孔和長孔很不利，所以對一臺機床如果有大規(guī)格的刀柄可選擇時，應該盡量選擇大的，但刀庫容量和換刀時間都要受到影響。近年來加工中心和數(shù)控銑床都向高速化方向發(fā)展，許多實驗數(shù)據(jù)表明：當主軸轉速超過10000r/min以上時，7:24錐孔由于離心力作用會有一定漲大，影響刀柄的定位精度。為此，一種觀點是建議采用德國VDI推薦的短錐刀柄HSK系列，另外，在日本已有部分商品的錐面和端面同時接觸的過定位錐面刀柄，但在定心精度和重復定位精度方面，HSK系列要好一些，目前在國內(nèi)還很少有廠家生產(chǎn)。
對同一種錐面規(guī)格的刀柄有日本BT標準、美國CAT標準、德國VDI標準等，他們規(guī)定機械手爪夾持的尺寸不一樣，刀柄的拉緊釘尺寸也不一樣，所以選擇時必須考慮齊全，對已經(jīng)擁有一定數(shù)量數(shù)控機床的用戶或即將采購一批數(shù)控機床的用戶，應盡可能選擇互相能通用的、單一標準的刀柄系列。
2.換刀時間是指刀柄交換時間，即從主軸上換下用過的刀具、裝上新的刀具的總時間。細分又有兩種規(guī)定方式，即刀對刀時間（Tool to tool）和總換刀時間（Chip to chip），總換刀時間包含了舊刀具加工完畢離開加工區(qū)域到刀具交換完畢主軸上裝上新刀具進入新的加工前之間的時間。目前zui快的純換刀時間可達0.7s左右，總換刀時間在3～12s之間，立式機床換刀時間一般比臥式的短。換刀時間短意味著機床生產(chǎn)效率高。
3.zui大刀具重量是指在自動刀具交換情況下允許的zui大刀具重量，錐度40號左右刀柄zui大允許重量在7～8kg，50號刀柄在15kg，一些重型刀具可達25～30kg，但這時換刀速度要減慢。zui大刀具直徑和長度主要受刀庫尺寸空間的限制。
4.刀庫容量一些加工中心機床上配置的刀庫容量往往有幾種規(guī)格供選擇，有十幾把到40、60、100把等，一些柔性加工單元（FMC）配置*刀庫后刀具儲存量可達近千把，刀庫的容量只要能滿足基本需要，一般不宜選得太大，因為容量大，刀庫成本高，結構復雜，故障率也相應增加，刀具管理也較為復雜。在單臺機床使用中，當更換一種新的工件時，操作者要根據(jù)新的工藝資料對刀庫進行一次清理，刀庫中無關的刀具越多，整理工作量也就越大，也就越容易出現(xiàn)人為的差錯。所以用戶一般應根據(jù)典型工件的工藝分析，算出需用刀具數(shù)量，進而確定刀庫的容量。如果不是按柔性加工單元或柔性制造系統(tǒng)來考慮，一般機床的刀庫以滿足一種工件一次裝夾所需的全部刀柄數(shù)量作為選擇依據(jù)。根據(jù)國外對中小型加工中心加工典型工件的工藝分析，認為中小型機床刀具儲存量應在4～48把之間。
在納入柔性制造單元的機床中，考慮到適應多工件、多工序同時加工的要求，需要配置大容量的刀庫，此時應增加相應的刀具管理措施。
二、刀柄和刀具的選擇在主機和自動換刀裝置（ATC）確定后，要選擇所需的刀柄和刀具（刃具）。數(shù)控機床所用刀柄系列基本都已標準化，尤其是加工中心所用刀柄，如美國的CAT、日本的BT和我國的JT等。數(shù)控機床加工工件zui終要靠的是切削刃具，但刃具和機床的連接、在自動交換刀具時提供給機械手的夾持部位等都要靠刀柄來解決，所以選擇刀具實質上是包括刃具和刀柄的配置。刃具選擇取決于加工工藝要求，刃具確定后還必須配置相應刀柄，例如，工藝要求鉆一個直徑6mm的小孔，則刃具選用直徑6mm直柄麻花鉆頭，然后還要選用一個能夾持鉆頭的刀柄?，F(xiàn)在有一部分刀柄本身也配置的刃具，如精鏜刀柄等?？傊?，這些附件絕大部分都已標準化，由專業(yè)化生產(chǎn)廠供貨，機床用戶要根據(jù)具體加工對象合理選用。由于刀柄可供選擇的范圍很廣，但選多了將加大投資，選少了將影響機床的開動率，所以應慎重對待。
對一些總批量超過幾千件、反復投產(chǎn)的工件加工來說，在工藝安排中可以考慮采用復合刀具，即利用數(shù)控機床主切削功率較大、機床剛度較好的特長，采用復合刀具進行多刀多刃的強力切削，可提高生產(chǎn)率和縮短生產(chǎn)節(jié)拍。但一把復合刀具價格要貴得多，而且變成工具，必須考慮工件有足夠數(shù)量時才經(jīng)濟。
近年在數(shù)控機床使用的刀具上開發(fā)出了許多新的產(chǎn)品，大大豐富了數(shù)控機床的加工工藝，例如，垂直銑頭、反刮刀具、去毛刺刀具、增速頭、銑螺紋刀和內(nèi)冷刀具。
三、自動交換工作臺自動交換工作臺是在主機上配置的附件，配置的數(shù)量有2、4、6、10個等，除雙交換工作臺以外，主要用柔性制造單元配置。雙交換工作臺的配置可以大大節(jié)省復雜零件裝卸定位夾緊的輔助時間，提高機床開動率，但增加該功能設備，投資至少要加10萬元以上。多數(shù)量交換工作臺用于柔性制造單元，適用于24小時少人或無人化管理，適應多品種工件交替投產(chǎn)加工，這里應注意增加質量檢查措施，否則投資增長20%～50%是不經(jīng)濟的。
這一步的感覺雖然簡單，但是由于數(shù)控車床的綜合情況，需要很多的因素共同考慮，所以也是很費心的一步。