​數控機床的自動換（huàn）刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必（bì）須帶有自動換刀裝置（zhì）。自動換刀裝置（zhì）應當滿足（zú）換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠（gòu）、刀庫占地麵積小以及安（ān）全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架（jià）、六角刀架或圓盤（pán）式軸（zhóu）向裝刀刀架等多種（zhǒng）形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗（cū）加工時的切削抗力。由於車削加工精度在（zài）很（hěn）大程度上取決於刀尖位置，對（duì）於數控車床（chuáng）來說，加工過程中刀具位置不進（jìn）行（háng）人工調整，因（yīn）此更有必要選（xuǎn）擇可靠的定（dìng）位方（fāng）案和合理的定位結構，以保證回（huí）轉刀架在每次轉位之（zhī）後，具有盡可能高的重（chóng）複定位（wèi）精度（一般（bān）為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉（zhuǎn）刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位（wèi）及刀（dāo）架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主（zhǔ）運動）

更換主軸換刀是（shì）帶有旋轉（zhuǎn）刀（dāo）具的數控機床的一種比（bǐ）較簡單（dān）的換刀方式（shì）。這種主軸頭（tóu）實際上就

是一個轉塔刀庫。

主（zhǔ）軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位（wèi）來（lái）更換主軸頭（tóu），以實現（xiàn）自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀（dāo）具，當發出換刀指令（lìng）時（shí），各主（zhǔ）軸頭依次地轉到加工位置（zhì），並接通主運動（dòng），使相應的主軸帶動刀（dāo）具旋轉（zhuǎn）。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的（de）複（fù）雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了（le）換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸（zhóu）部件結（jié）構尺寸不能太（tài）大，因而影響了主（zhǔ）軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製（zhì）主軸的數目（mù），否則會使結構尺寸（cùn）增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於（yú）工序較（jiào）少、精度要求不（bú）太（tài）高的機床，例如數（shù）控鑽、銑床等。

3.帶刀庫（kù）的（de）自動換刀係統（tǒng）

由於（yú）回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容（róng）納的刀具數量（liàng）不能太多，不能滿足複雜（zá）零件的加工需要，因此，自動（dòng）換刀數控機床多采用帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分（fèn）別安裝在標準刀柄上，在（zài）機外進行尺寸預（yù）調整後，按一定的方式放（fàng）入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入（rù）主軸，舊刀放（fàng）回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由（yóu）於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主（zhǔ）軸箱內隻有一（yī）根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數（shù）量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大（dà）大提高了（le）機床的適應性和加工效率。帶刀庫的（de）自動換刀（dāo）係統（tǒng）適用（yòng）於數控鑽削（xuē）中心和加工（gōng）中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上（shàng）刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等（děng）多種形式，刀庫的形式（shì）和容量要根（gēn）據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向（xiàng）與主軸同（tóng）向，換刀時主軸箱（xiāng）上升到一（yī）定的位置（zhì），使主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸（zhóu）在CNC的控（kòng）製下，鬆（sōng）開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的（de）刀具旋轉至與主軸對（duì）準的位置，刀庫後退將新刀具（jù）插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主（zhǔ）軸箱下降（jiàng）到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此（cǐ）換刀（dāo）裝置的優（yōu）點是結構簡單，成本較低，換刀可靠（kào）性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀（dāo）庫容量需要較大的加工中心可（kě）采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫（kù）容（róng）量較大，鏈環的形狀可根據（jù）機床的布局（jú）製成各種形狀，也（yě）可將（jiāng）換刀位突出以便於換刀（dāo）。當需（xū）要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即（jí）可，給刀庫設計與製造帶來了方（fāng）便。

2.刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放（fàng）有（yǒu）多把刀具，每次換刀前要（yào）進行選刀，常用的選刀方（fāng）法有順（shùn）序選刀和任意選刀兩種，順（shùn）序選刀是在加工之（zhī）前，將加工零件所需刀具按照工（gōng）藝要求依次插入刀（dāo）庫的刀套中，加工是按順序調（diào）刀，加（jiā）工不同的工（gōng）件時必須重新調（diào）整（zhěng）刀庫中的刀具順序。其優（yōu）點是刀庫的驅動和控製都比（bǐ）較簡（jiǎn）單。因（yīn）此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的（de）中、小型數（shù）控機床的自動（dòng）換刀。

隨著（zhe）數控係（xì）統的發展，目前大多數的數控係統都采用任意選刀的（de）方式，其分（fèn）為刀套編碼（mǎ）、刀具編碼和記憶式等三種。

3.刀具編（biān）碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都是根據（jù）二進（jìn）製編碼的原理進行編碼。刀具（jù）編碼選刀方式采用了（le）一種特殊的刀柄結構，並對（duì）每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因（yīn）而刀具（jù）可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具（jù）不（bú）用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶（dài）有專用的編碼環，刀具長度（dù）加長，製造困難，刀庫和（hé）機（jī）械手的結構（gòu）變複（fù）雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中（zhōng）取出的刀（dāo）具必須放回同一刀（dāo）套中，取送刀具十分（fèn）麻煩（fán），換刀時間（jiān）長。目前在加工（gōng）中心上大（dà）量使用記憶式的方式。這種方式（shì）能將刀具（jù）號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控（kòng）係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內（nèi）。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每（měi）個刀（dāo）套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有（yǒu）機械（xiè）原點，使每次（cì）選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中（zhōng），實現刀庫與機床主軸之間傳（chuán）遞和裝卸（xiè）刀具的（de）裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方（fāng）式有兩種：由刀庫與機（jī）床主軸的相對運動實現刀具交換以及采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交（jiāo）換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀（dāo）具送回刀庫，然後再從刀庫（kù）中取出新刀具，兩個動作不能同時進行（háng），換刀時間（jiān）較長（zhǎng）。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構（gòu）簡（jiǎn）單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為（wéi）了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機（jī）構。