高速加工中心是高速机床的典型产品。电主轴、高速丝杠、直线电机等高速功能部件的发展和应用，大大提高了切削效率。 为了匹配机床的高效率，作为加工中心重要组成部分之一的自动换刀装置(ATC)的高速化也相应成为高速加工中心的重要技术内容。 随着切削速度的提高和切削时间的缩短，对换刀时间的要求也逐渐提高，换刀速度已经成为高水平加工中心的重要指标。 由于加工中心的自动换刀要求可靠、准确，且结构相对复杂，提高换刀速度在技术上有一定难度。 目前，为了适应高速加工，国外先进机床企业生产的高速加工中心大多都配备了快速自动换刀装置，而且很多都采用了新的技术和方法。 本文将介绍一些提高换刀速度的技术方法和国外先进高速加工中心的快速自动换刀技术，希望对我国高速加工中心的发展有所帮助。 1快速自动换刀技术快速自动换刀技术是以减少辅助加工时间为主要目的，综合考虑机床的各种因素，在最短的时间内完成换刀的技术方法。 该技术包括刀库的设置、换刀方式、换刀执行机构以及高速机床的结构特点。 (1)换刀速度指标衡量换刀速度的方法主要有三种:①从刀具到刀具的换刀时间:②切削到刀具的换刀时间:③切屑到切屑的换刀时间。 因为从切屑到换刀的时间基本上就是加工中心两次切削之间的时间，反映了加工中心换刀的辅助时间，所以从切屑到换刀的时间应该是衡量加工中心效率最直接的指标。 换刀时间主要反映自动换刀装置本身的性能，更适合作为机床自动换刀装置的性能指标。 这两种方法通常用于评估换刀速度。 关于换刀时间，高速机床的快速自动换刀装置没有明确的指标。如果技术条件允许，应尽可能提高换刀速度。 (2)提高换刀速度的基本原理加工中心自动换刀的基本出发点是在各种刀具参与的加工过程中，通过自动换刀来减少辅助加工时间。 在高速加工中心中，由于切削速度的大幅提高，自动换刀装置和刀库的配置应考虑尽可能缩短换刀时间，以与高速切削机床相匹配。 加工中心的换刀装置通常由刀库和换刀机构组成，常用的方法有机械手式和非机械手式。 刀库的形式和摆放也不一样。 为了满足高速运动的需要，高速加工中心的结构不同于传统加工中心。通过优先考虑刀具运动和进给来减轻运动部件的质量是高速加工中心设计的主流。 因此，在设计换刀装置时，应充分考虑高速机床的新结构特点。 在高速加工中心上设置换刀装置时，时间不是唯一的考虑因素。 首先，要在换刀准确可靠的基础上提高换刀速度。 特别是ATC是加工中心功能部件中故障率相对较高的部件，这一点尤为重要。其次，应根据应用对象和性价比选择ATC。 在换刀时间对生产过程有很大影响的应用中，应尽可能提高换刀速度。 例如，在汽车和其他生产线中，换刀时间和换刀次数应包括在零件的生产节拍中。 在其他地方，比如模具型腔加工，换刀速度的选择可以放宽。 (3)提高换刀速度的主要技术方法适用于高速加工中心的快速自动换刀技术主要包括以下几个方面:在传统自动换刀装置的基础上提高动作速度，或者采用动作速度更快的机构和驱动元件。 例如，机械凸轮结构的换刀速度远高于液压和气动结构。 日本SODIC公司生产的MC450立式加工中心机械凸轮结构的快速换刀装置，换刀只需0.6s。 根据高速机床新的结构特点，设计刀库和换刀装置的形式和位置。 比如传统的立式加工中心，刀库和换刀装置大多安装在立柱的一侧；而在高速加工中心，刀库和换刀装置不应安装在立柱上，以减少运动部件的质量。 采用了一种新的快速换刀方法。 不用刀库和机械手，用其他方法换刀。 比如不换刀具，换主轴。 利用新开发的加工中心主轴部件可以6自由度高速运动的特点，主轴可以直接参与换刀过程，不仅可以使刀库的配置位置灵活，还可以减少刀库运动的自由度，显著简化刀库和换刀装置的结构。 适用于高速加工中心的刀柄 HSK刀柄重量轻，刀具行程短，可以提高自动换刀装置的速度。 HSK空心短锥柄刀具用于自动换刀装置是发展趋势。 2快速换刀的一些结构方法不仅在传统换刀装置的基础上提高了动作速度，而且还出现了一些新方法和新结构的换刀装置。 以下是其中的一些，供参考。 (1)多主轴换刀这种机床没有传统的刀库和换刀装置，而是采用多个并排固定在主轴架上的主轴，通常为3 ~ 18根。 每个主轴直接由自己的电机驱动，每个主轴上安装不同的刀具。 换刀时不是主轴上的换刀，而是装在夹具上的工件从一个主轴的加工位置快速移动到另一个装有不同刀具的主轴上，实现换刀和即时加工。 这个移动时间就是换刀时间，而且很短。 通过夹具的快速移动完成换刀，省去了复杂的换刀机构。 奥地利ANGERG公司生产的这种结构的机床实现了从切屑到换屑的时间仅为0.4s 目前是世界上从切屑到换屑时间最短的机床。 这种结构的机床与通常的加工中心结构有很大的不同。 既可用于需要快速换刀的加工，也可用于多轴同时加工，适合在高效率生产线上使用。 (2)双轴换刀加工中心有两个工作主轴，但它们不同时用于切削。 一个主轴用于加工，另一个主轴在此期间换刀。 但需要换刀时，加工用主轴快速退出，换刀用主轴立即进入加工。 由于两个过程可以同时进行，换刀时间实际上就是两个主轴与已安装刀具的换位时间，这样就最大限度地减少了辅助时间，即从切屑到换屑的时间最短。 由于有两个主轴，本机床的刀库和换刀机械手可以是一套或两套。 如德国Alfing-Kessler公司生产的加工中心采用双主轴系统，使用一套刀库和换刀机械手。 德国霍恩斯贝格-兰姆公司生产的加工中心HSC-500、HSC-630、HFC-630有两个主轴和两套换刀系统。 两个主轴可以在1.0~1.5s内移动到加工位置，并开始加速到最大加工速度。 具体的更换时间取决于机床的大小 (3)刀库布置在主轴周围的转塔内。这样刀库本身就相当于一个机械手，即刀库拉出和插入刀具并采用顺序换刀，这样机床从切屑到换屑的时间就短了。 这样，如果要实现任何一次换刀，时间的长短会根据所选刀具在刀库中的位置而变化，最远的刀具从切屑到换屑可能需要很长时间。 因此，作为一种高速自动换刀装置，该方法只能采用顺序选刀法。 (4)多机械手模式。同样，刀库围绕主轴布置，但每个刀具使用一个机械手换刀时几乎没有时间损失，可以采用任何选刀方式。 德国CHIRON公司生产的这种结构的机床，实现了切屑换刀时间仅为1.5s，是目前世界上切屑换刀时间最短的加工中心。 3台配有快速自动换刀装置的加工中心。国内外一些先进的机床制造公司采用不同的技术开发了各种带有快速换刀装置的高速加工中心。一个很重要的特点就是换刀技术的多样化，都是为了缩短换刀时间。 下表列出了换屑时间小于4 s的高速加工中心 结论金属切削机床的高速化已成为机床发展的重要方向之一。因此，快速换刀技术已成为高速加工中心技术的重要组成部分。 新的技术和方法不断涌现和改进，其目的只有一个，就是在精度和可靠性的基础上，缩短换刀时间，全面提高高速加工中心的切削效率。 我国高速机床制造业应及时学习和掌握先进的技术和方法，不断提高国产高速加工中心的制造水平。

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