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數(shù)控車(chē)床的8步選型法之第六步
閱讀：1430 發(fā)布時(shí)間：2015-1-13
上一篇文章我們說(shuō)了數(shù)控車(chē)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(lái)說(shuō)說(shuō)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(jī)床上，如加工中心、車(chē)削中心和帶交換沖頭的數(shù)控沖床等，自動(dòng)交換裝置是這些設(shè)備的基本特征附件，它的工作質(zhì)量直接關(guān)系到整機(jī)的質(zhì)量，也是構(gòu)成設(shè)備投資中的重要組成部分（經(jīng)費(fèi)占整機(jī)成本的10%～30%）。因此，在選擇主機(jī)設(shè)備時(shí)必須得重視所配ATC自動(dòng)換刀裝置的工作質(zhì)量和刀具儲(chǔ)存量。目前加工中心自動(dòng)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(lái)說(shuō)明其選擇原則。
現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，在加工中心的使用故障中有50%左右與ATC裝置有關(guān)，但ATC又是提高設(shè)備加工效率的基本部件，因此建議用戶應(yīng)在滿足使用要求的前提下，盡量選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和可靠性高的ATC，這樣也可以相應(yīng)地降低整機(jī)價(jià)格。
一、 下面介紹與ATC裝置相關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)：
1.刀柄型號(hào)取決于機(jī)床主軸裝刀柄孔的規(guī)格。現(xiàn)在絕大部分加工中心機(jī)床主軸孔都是采用ISO規(guī)定的7:24錐孔，常用的有40號(hào)、45號(hào)、50號(hào)等，個(gè)別的還有30號(hào)和35號(hào)。機(jī)床規(guī)格越小，刀柄規(guī)格也應(yīng)選小的，但小規(guī)格刀柄對(duì)加工大尺寸孔和長(zhǎng)孔很不利，所以對(duì)一臺(tái)機(jī)床如果有大規(guī)格的刀柄可選擇時(shí)，應(yīng)該盡量選擇大的，但刀庫(kù)容量和換刀時(shí)間都要受到影響。近年來(lái)加工中心和數(shù)控銑床都向高速化方向發(fā)展，許多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)10000r/min以上時(shí)，7:24錐孔由于離心力作用會(huì)有一定漲大，影響刀柄的定位精度。為此，一種觀點(diǎn)是建議采用德國(guó)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(shí)接觸的過(guò)定位錐面刀柄，但在定心精度和重復(fù)定位精度方面，HSK系列要好一些，目前在國(guó)內(nèi)還很少有廠家生產(chǎn)。
對(duì)同一種錐面規(guī)格的刀柄有日本BT標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)CAT標(biāo)準(zhǔn)、德國(guó)VDI標(biāo)準(zhǔn)等，他們規(guī)定機(jī)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(shí)必須考慮齊全，對(duì)已經(jīng)擁有一定數(shù)量數(shù)控機(jī)床的用戶或即將采購(gòu)一批數(shù)控機(jī)床的用戶，應(yīng)盡可能選擇互相能通用的、單一標(biāo)準(zhǔn)的刀柄系列。
2.換刀時(shí)間是指刀柄交換時(shí)間，即從主軸上換下用過(guò)的刀具、裝上新的刀具的總時(shí)間。細(xì)分又有兩種規(guī)定方式，即刀對(duì)刀時(shí)間（Tool to tool）和總換刀時(shí)間（Chip to chip），總換刀時(shí)間包含了舊刀具加工完畢離開(kāi)加工區(qū)域到刀具交換完畢主軸上裝上新刀具進(jìn)入新的加工前之間的時(shí)間。目前zui快的純換刀時(shí)間可達(dá)0.7s左右，總換刀時(shí)間在3～12s之間，立式機(jī)床換刀時(shí)間一般比臥式的短。換刀時(shí)間短意味著機(jī)床生產(chǎn)效率高。
3.zui大刀具重量是指在自動(dòng)刀具交換情況下允許的zui大刀具重量，錐度40號(hào)左右刀柄zui大允許重量在7～8kg，50號(hào)刀柄在15kg，一些重型刀具可達(dá)25～30kg，但這時(shí)換刀速度要減慢。zui大刀具直徑和長(zhǎng)度主要受刀庫(kù)尺寸空間的限制。
4.刀庫(kù)容量一些加工中心機(jī)床上配置的刀庫(kù)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(kù)后刀具儲(chǔ)存量可達(dá)近千把，刀庫(kù)的容量只要能滿足基本需要，一般不宜選得太大，因?yàn)槿萘看螅稁?kù)成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率也相應(yīng)增加，刀具管理也較為復(fù)雜。在單臺(tái)機(jī)床使用中，當(dāng)更換一種新的工件時(shí)，操作者要根據(jù)新的工藝資料對(duì)刀庫(kù)進(jìn)行一次清理，刀庫(kù)中無(wú)關(guān)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(cuò)。所以用戶一般應(yīng)根據(jù)典型工件的工藝分析，算出需用刀具數(shù)量，進(jìn)而確定刀庫(kù)的容量。如果不是按柔性加工單元或柔性制造系統(tǒng)來(lái)考慮，一般機(jī)床的刀庫(kù)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(guó)外對(duì)中小型加工中心加工典型工件的工藝分析，認(rèn)為中小型機(jī)床刀具儲(chǔ)存量應(yīng)在4～48把之間。
在納入柔性制造單元的機(jī)床中，考慮到適應(yīng)多工件、多工序同時(shí)加工的要求，需要配置大容量的刀庫(kù)，此時(shí)應(yīng)增加相應(yīng)的刀具管理措施。
二、刀柄和刀具的選擇在主機(jī)和自動(dòng)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(jī)床所用刀柄系列基本都已標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是加工中心所用刀柄，如美國(guó)的CAT、日本的BT和我國(guó)的JT等。數(shù)控機(jī)床加工工件zui終要靠的是切削刃具，但刃具和機(jī)床的連接、在自動(dòng)交換刀具時(shí)提供給機(jī)械手的夾持部位等都要靠刀柄來(lái)解決，所以選擇刀具實(shí)質(zhì)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(yīng)刀柄，例如，工藝要求鉆一個(gè)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(gè)能夾持鉆頭的刀柄。現(xiàn)在有一部分刀柄本身也配置的刃具，如精鏜刀柄等。總之，這些附件絕大部分都已標(biāo)準(zhǔn)化，由專業(yè)化生產(chǎn)廠供貨，機(jī)床用戶要根據(jù)具體加工對(duì)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(jī)床的開(kāi)動(dòng)率，所以應(yīng)慎重對(duì)待。
對(duì)一些總批量超過(guò)幾千件、反復(fù)投產(chǎn)的工件加工來(lái)說(shuō)，在工藝安排中可以考慮采用復(fù)合刀具，即利用數(shù)控機(jī)床主切削功率較大、機(jī)床剛度較好的特長(zhǎng)，采用復(fù)合刀具進(jìn)行多刀多刃的強(qiáng)力切削，可提高生產(chǎn)率和縮短生產(chǎn)節(jié)拍。但一把復(fù)合刀具價(jià)格要貴得多，而且變成工具，必須考慮工件有足夠數(shù)量時(shí)才經(jīng)濟(jì)。
近年在數(shù)控機(jī)床使用的刀具上開(kāi)發(fā)出了許多新的產(chǎn)品，大大豐富了數(shù)控機(jī)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(dòng)交換工作臺(tái)自動(dòng)交換工作臺(tái)是在主機(jī)上配置的附件，配置的數(shù)量有2、4、6、10個(gè)等，除雙交換工作臺(tái)以外，主要用柔性制造單元配置。雙交換工作臺(tái)的配置可以大大節(jié)省復(fù)雜零件裝卸定位夾緊的輔助時(shí)間，提高機(jī)床開(kāi)動(dòng)率，但增加該功能設(shè)備，投資至少要加10萬(wàn)元以上。多數(shù)量交換工作臺(tái)用于柔性制造單元，適用于24小時(shí)少人或無(wú)人化管理，適應(yīng)多品種工件交替投產(chǎn)加工，這里應(yīng)注意增加質(zhì)量檢查措施，否則投資增長(zhǎng)20%～50%是不經(jīng)濟(jì)的。
這一步的感覺(jué)雖然簡(jiǎn)單，但是由于數(shù)控車(chē)床的綜合情況，需要很多的因素共同考慮，所以也是很費(fèi)心的一步。
在具備綜合加工能力的一些數(shù)控機(jī)床上，如加工中心、車(chē)削中心和帶交換沖頭的數(shù)控沖床等，自動(dòng)交換裝置是這些設(shè)備的基本特征附件，它的工作質(zhì)量直接關(guān)系到整機(jī)的質(zhì)量，也是構(gòu)成設(shè)備投資中的重要組成部分（經(jīng)費(fèi)占整機(jī)成本的10%～30%）。因此，在選擇主機(jī)設(shè)備時(shí)必須得重視所配ATC自動(dòng)換刀裝置的工作質(zhì)量和刀具儲(chǔ)存量。目前加工中心自動(dòng)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(lái)說(shuō)明其選擇原則。
現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，在加工中心的使用故障中有50%左右與ATC裝置有關(guān)，但ATC又是提高設(shè)備加工效率的基本部件，因此建議用戶應(yīng)在滿足使用要求的前提下，盡量選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和可靠性高的ATC，這樣也可以相應(yīng)地降低整機(jī)價(jià)格。
一、 下面介紹與ATC裝置相關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)：
1.刀柄型號(hào)取決于機(jī)床主軸裝刀柄孔的規(guī)格。現(xiàn)在絕大部分加工中心機(jī)床主軸孔都是采用ISO規(guī)定的7:24錐孔，常用的有40號(hào)、45號(hào)、50號(hào)等，個(gè)別的還有30號(hào)和35號(hào)。機(jī)床規(guī)格越小，刀柄規(guī)格也應(yīng)選小的，但小規(guī)格刀柄對(duì)加工大尺寸孔和長(zhǎng)孔很不利，所以對(duì)一臺(tái)機(jī)床如果有大規(guī)格的刀柄可選擇時(shí)，應(yīng)該盡量選擇大的，但刀庫(kù)容量和換刀時(shí)間都要受到影響。近年來(lái)加工中心和數(shù)控銑床都向高速化方向發(fā)展，許多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)10000r/min以上時(shí)，7:24錐孔由于離心力作用會(huì)有一定漲大，影響刀柄的定位精度。為此，一種觀點(diǎn)是建議采用德國(guó)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(shí)接觸的過(guò)定位錐面刀柄，但在定心精度和重復(fù)定位精度方面，HSK系列要好一些，目前在國(guó)內(nèi)還很少有廠家生產(chǎn)。
對(duì)同一種錐面規(guī)格的刀柄有日本BT標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)CAT標(biāo)準(zhǔn)、德國(guó)VDI標(biāo)準(zhǔn)等，他們規(guī)定機(jī)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(shí)必須考慮齊全，對(duì)已經(jīng)擁有一定數(shù)量數(shù)控機(jī)床的用戶或即將采購(gòu)一批數(shù)控機(jī)床的用戶，應(yīng)盡可能選擇互相能通用的、單一標(biāo)準(zhǔn)的刀柄系列。
2.換刀時(shí)間是指刀柄交換時(shí)間，即從主軸上換下用過(guò)的刀具、裝上新的刀具的總時(shí)間。細(xì)分又有兩種規(guī)定方式，即刀對(duì)刀時(shí)間（Tool to tool）和總換刀時(shí)間（Chip to chip），總換刀時(shí)間包含了舊刀具加工完畢離開(kāi)加工區(qū)域到刀具交換完畢主軸上裝上新刀具進(jìn)入新的加工前之間的時(shí)間。目前zui快的純換刀時(shí)間可達(dá)0.7s左右，總換刀時(shí)間在3～12s之間，立式機(jī)床換刀時(shí)間一般比臥式的短。換刀時(shí)間短意味著機(jī)床生產(chǎn)效率高。
3.zui大刀具重量是指在自動(dòng)刀具交換情況下允許的zui大刀具重量，錐度40號(hào)左右刀柄zui大允許重量在7～8kg，50號(hào)刀柄在15kg，一些重型刀具可達(dá)25～30kg，但這時(shí)換刀速度要減慢。zui大刀具直徑和長(zhǎng)度主要受刀庫(kù)尺寸空間的限制。
4.刀庫(kù)容量一些加工中心機(jī)床上配置的刀庫(kù)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(kù)后刀具儲(chǔ)存量可達(dá)近千把，刀庫(kù)的容量只要能滿足基本需要，一般不宜選得太大，因?yàn)槿萘看螅稁?kù)成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率也相應(yīng)增加，刀具管理也較為復(fù)雜。在單臺(tái)機(jī)床使用中，當(dāng)更換一種新的工件時(shí)，操作者要根據(jù)新的工藝資料對(duì)刀庫(kù)進(jìn)行一次清理，刀庫(kù)中無(wú)關(guān)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(cuò)。所以用戶一般應(yīng)根據(jù)典型工件的工藝分析，算出需用刀具數(shù)量，進(jìn)而確定刀庫(kù)的容量。如果不是按柔性加工單元或柔性制造系統(tǒng)來(lái)考慮，一般機(jī)床的刀庫(kù)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(guó)外對(duì)中小型加工中心加工典型工件的工藝分析，認(rèn)為中小型機(jī)床刀具儲(chǔ)存量應(yīng)在4～48把之間。
在納入柔性制造單元的機(jī)床中，考慮到適應(yīng)多工件、多工序同時(shí)加工的要求，需要配置大容量的刀庫(kù)，此時(shí)應(yīng)增加相應(yīng)的刀具管理措施。
二、刀柄和刀具的選擇在主機(jī)和自動(dòng)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(jī)床所用刀柄系列基本都已標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是加工中心所用刀柄，如美國(guó)的CAT、日本的BT和我國(guó)的JT等。數(shù)控機(jī)床加工工件zui終要靠的是切削刃具，但刃具和機(jī)床的連接、在自動(dòng)交換刀具時(shí)提供給機(jī)械手的夾持部位等都要靠刀柄來(lái)解決，所以選擇刀具實(shí)質(zhì)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(yīng)刀柄，例如，工藝要求鉆一個(gè)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(gè)能夾持鉆頭的刀柄。現(xiàn)在有一部分刀柄本身也配置的刃具，如精鏜刀柄等。總之，這些附件絕大部分都已標(biāo)準(zhǔn)化，由專業(yè)化生產(chǎn)廠供貨，機(jī)床用戶要根據(jù)具體加工對(duì)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(jī)床的開(kāi)動(dòng)率，所以應(yīng)慎重對(duì)待。
對(duì)一些總批量超過(guò)幾千件、反復(fù)投產(chǎn)的工件加工來(lái)說(shuō)，在工藝安排中可以考慮采用復(fù)合刀具，即利用數(shù)控機(jī)床主切削功率較大、機(jī)床剛度較好的特長(zhǎng)，采用復(fù)合刀具進(jìn)行多刀多刃的強(qiáng)力切削，可提高生產(chǎn)率和縮短生產(chǎn)節(jié)拍。但一把復(fù)合刀具價(jià)格要貴得多，而且變成工具，必須考慮工件有足夠數(shù)量時(shí)才經(jīng)濟(jì)。
近年在數(shù)控機(jī)床使用的刀具上開(kāi)發(fā)出了許多新的產(chǎn)品，大大豐富了數(shù)控機(jī)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(dòng)交換工作臺(tái)自動(dòng)交換工作臺(tái)是在主機(jī)上配置的附件，配置的數(shù)量有2、4、6、10個(gè)等，除雙交換工作臺(tái)以外，主要用柔性制造單元配置。雙交換工作臺(tái)的配置可以大大節(jié)省復(fù)雜零件裝卸定位夾緊的輔助時(shí)間，提高機(jī)床開(kāi)動(dòng)率，但增加該功能設(shè)備，投資至少要加10萬(wàn)元以上。多數(shù)量交換工作臺(tái)用于柔性制造單元，適用于24小時(shí)少人或無(wú)人化管理，適應(yīng)多品種工件交替投產(chǎn)加工，這里應(yīng)注意增加質(zhì)量檢查措施，否則投資增長(zhǎng)20%～50%是不經(jīng)濟(jì)的。
這一步的感覺(jué)雖然簡(jiǎn)單，但是由于數(shù)控車(chē)床的綜合情況，需要很多的因素共同考慮，所以也是很費(fèi)心的一步。