位置对位置换刀时间的计量方法

位置对位置换刀时间的计量方法

各种结构的刀库和更换刀的机器为自动更换刀提供了方便的工具。更多的制造商根据他们的长期维护时间进行了短暂的更换。自动更换时间作为数据机械的主要指标，是竞争中的一个重要支撑。但自动换刀装置换刀时间计量方法在国内仍没有标准,各制造厂家根据自己的情况用刀对刀或切削对切削来标出自己生产的加工中心的换刀装置时间,有些直接标出换刀时间,但未说明是刀对刀还是切削对切削,另外,各厂家对刀对刀或切削对切削的换刀时间也存在不同的理解,况且不同的选刀方式,换刀时间也可能不同,在同一选刀方式下,换刀库中不同位置的刀具的换刀时间也可能不同。为此,这里就刀对刀(tool-to-tool简称TTT)换刀时间,切削对切削(cut-to-cut简称CTC)换刀时间提出统一的计量方法,并提出一种新的位置对位置(position-to-position简称PTP)换刀时间计量方法。1自动换刀时间1)刀对刀换刀时间指自动换刀装置把要换的刀具从主轴开始拔下到将下一工步需要的刀具完全插入主轴所要经历的时间。至于这中间自动换刀装置需要经过什么样的换刀过程,因每种自动换刀装置的不同而不同。另外,换刀过程(刀对刀换刀时间)的前后自动换刀装置及机床还要有很多过程,也就是说一般加工中心每次换刀时所经历的辅助时间比刀对刀换刀时间要长。刀对刀换刀时间的长短主要取决于自动换刀装置的性能的好坏,与所安装的机床的各坐标的快速移动速度和加/减速无关,甚至与机床的配置、配合情况等无密切关系。因此,刀对刀换刀时间主要反映的是自动换刀装置作为功能部件本身性能的情况,故是自动换刀装置这个功能部件的主要性能指标。2)位置对位置换刀时间指机床的各坐标进入换刀位置PC那一刻到换完刀后离开换刀位置PC那一刻所要经历的时间。位置对位置换刀时间由自动换刀装置的性能、自动换刀装置与机床的配置、配合情况等综合情况决定,而与机床各坐标的快速移动速度和加/减速等无关。显然,位置对位置换刀时间小于切削对切削换刀时间,虽然位置对位置换刀时间未完全反映因每次换刀所占用的一个工序辅助时间,但完全可以由此准确的计算每一个换刀工序因每次换刀所占用的辅助时间,从而也就可以在编制加工程序时比较准确的计算出加工某个零件需要的时间,这就为充分的利用数控机床提供了需要的数据。同时也可以说,位置对位置换刀时间不仅是自动换刀装置的一个主要性能参数,同时也是数控机床的一个主要技术参数。3)切削对切削换刀时间对于Z轴为垂直状态的加工中心(如立式加工中心等)是指X、Y、Z坐标从参考位置PR即各自行程范围的中点移向换刀位置PC,换完刀后再回到参考位置PR所需要经历的时间。对于Z轴为水平状态的加工中心(如卧式加工中心等)参考位置PR的XR坐标为X行程的中点,YR坐标从其最低位置向上1/4行程处,ZR坐标为主轴端位于近主轴处的工作台边沿位置,另外,如果加工中心的工作台为长方形,则X坐标应与长方形的长边平行。切削对切削换刀时间由自动换刀装置的性能、自动换刀装置与机床的配置、配合情况、机床各坐标的移动速度和加/减速等综合情况决定。反映的是数控机床因每次换刀所占用的一个换刀工序辅助时间的平均值,可用于估算要加工某个零件需要的时间。故切削对切削换刀时间不仅是自动换刀装置的一个主要性能指标,同时也是数控机床的一个主要技术指标。在国际标准中已把它列为评定加工中心换刀动作时间的检测参数(ISO10791-9:1998加工中心检验条件第9部分:刀具交换和托板交换动作时间的评定),对其等效转化为我国机械行业标准JB/T8771.9的工作正在进行中。另外,还有切屑对切屑换刀时间(chip-to-chip)的说法,这种换刀时间是指X、Y、Z坐标从参考位置PR移向换刀位置PC,换完刀后再回到参考位置PR的过程中主轴启动并达到最高转速所需要经历的时间。这样切屑对切屑换刀时间与切削对切削换刀时间的区别就是考虑了主轴启动性能对换刀时间的影响。当然,如果主轴的启动性能比较好,在各坐标从换刀位置PC,换完刀后再回到参考位置PR的过程中,主轴就可以达到最高转速,则切屑对切屑换刀时间就与切削对切削换刀时间相同。可见,上述三种自动换刀装置换刀时间计量方法体现了不同的重点,并且刀对刀换刀时间最短,切削对切削换刀时间最长。刀对刀换刀时间主要作为自动换刀装置的一个主要技术参数,切削对切削换刀时间体现了数控机床因每次换刀所占用的一个换刀工序辅助时间的平均值,位置对位置换刀时间则为准确的计算每一个换刀工序因每次换刀所占用的辅助时间提供基本数据。因此,刀对刀换刀时间主要是设计自动换刀装置时要确定的主要技术参数或机床厂选用作为功能部件供应的自动换刀装置需要知道的主要技术参数。切削对切削换刀时间是用户在购置数控机床所关心的主要技术指标,位置对位置换刀时间是用户在使用数控机床所要用到的主要技术参数。因此,作为厂家应同时提供用户切削对切削换刀时间和位置对位置换刀时间,至于刀对刀换刀时间可以提供也可以不提供。对于同一台加工中心,这三种方法计量的换刀时间一般是不相等的。另外,厂家所提供的换刀时间是在一定换刀可靠度下给出的最短换刀时间,用户在实际使用加工中心时一般允许把换刀时间调短或调长(随着加工中心使用时间的延长,一般换刀时间要调长)。在调整后,用户可按上述的换刀时间计量方法对目前应用状态下加工中心切削对切削换刀时间和位置对位置换刀时间进行测量。以便于对这台机床要加工的某个零件的加工时间进行估计或准确计算。对加工中心来说,上述三种不同计量的换刀时间是越短越好,但刀对刀换刀时间是基础,设计制造自动换刀装置时通过合理的机构选用、创新的结构设计、可靠的控制以及良好的制造、装配质量等来缩短刀对刀换刀时间。比较短的刀对刀换刀时间的自动换刀装置与数控机床实现良好的配置及配合,就可以实现较短的位置对位置换刀时间,再配有较快的机床进给速度,切削对切削换刀时间就可以短。很显然,同样的刀对刀换刀时间的自动换刀装置,与机床不同的配置,就会有不同的切削对切削换刀时间,但当切削对切削换刀时间较短时,往往机床的其它性能就要受到影响,如机床的加工范围受到一定的限制。故在设计自动换刀装置时首先应要努力降低刀对刀换刀时间。2方法二:按刀库选好刀的条件进行计量换刀时间前面讲过,不同的选刀方式,换刀时间也可能不同,在同一选刀方式下,更换刀库中不同位置的刀具的换刀时间也可能不同。具体来讲存在着如表1所示的复杂情况,也就说测量换刀时间选刀方式有关。在某种选刀方式下,换刀时间可能存在最大和最小值,也可能仅有一个值。在表1中,任意选刀方式条件下的换刀时间TTT和PTP仅有一个值,是人为规定的,即在任意选刀方式条件下测定刀对刀和位置对位置换刀时间时规定在刀库选好刀的条件下,按上述的方法计量其换刀时间。表1中不包括选刀时间的意思就是在刀库选好刀的条件下计量换刀时间。在任意选刀方式条件下,计量切削对切削换刀时间时,存在换刀时间的最大值CTCmax和最小值CTCmin,最小值CTCmin按刀库选好刀的条件下进行计量,即不包括选刀时间。而最大值CTCmax的测量是这样规定的,即在数控系统的控制下,每次都选最远位置的刀具,连续按切削对切削换刀时间的计量方法进行计量(X、Y、Z坐标从参考位置PR移向换刀位置PC,换完刀后再回到参考位置PR)11次,第1次的时间不算,其余10次的时间除以10就是所要测量的最大换刀时间CTCmax。由于X、Y、Z坐标从参考位置PR移向换刀位置PC,由换刀位置PC再回到参考位置PR等的时间里,刀库已开始在选刀,故存在CTCmax部分包括选刀时间的问题。当然这种计量方法也是人为规定的,因为在实际加工中,即使最远位置的刀具,在绝大部分的换刀中,刀库在加工的时间里已为下一道工序选好了刀。生产加工中心的厂家最好能按表