數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了能在工（gōng）件一次裝夾中完成多道加（jiā）工工序，縮短輔助時間，減少（shǎo）多（duō）次安（ān）裝工件所引（yǐn）起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短（duǎn）、刀具（jù）重（chóng）複定位精度（dù）高（gāo）、刀具儲存量足夠（gòu）、刀庫（kù）占（zhàn）地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換（huàn）刀裝置的（de）形式

1．回（huí）轉刀架換刀

回轉（zhuǎn）刀架（jià）是一種最簡單的（de）自動換刀裝置，常用於數（shù）控車床。可以設（shè）計成（chéng）四方刀（dāo）架、六角刀架（jià）或圓盤式軸向裝刀刀架等（děng）多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或（huò）更多（duō）的刀具，並按數控裝置的指（zhǐ）令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以（yǐ）承受粗加工時（shí）的切削抗力。由於車削加工精度在（zài）很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床（chuáng）來說，加工（gōng）過程中刀具（jù）位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位（wèi）方（fāng）案和合理的（de）定位結構，以保（bǎo）證回轉刀架在（zài）每次轉位（wèi）之後，具有（yǒu）盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動作包括（kuò）刀架抬起、刀架轉位及（jí）刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控（kòng）機床（chuáng）的一種比較簡單的換（huàn）刀方式。這種主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式（shì）兩種，通常用轉塔的轉位來更（gèng）換主軸頭，以實現自動（dòng）換刀。在轉塔（tǎ）的各個（gè）主軸上，預先安（ān）裝有各工序所需要的旋轉刀具（jù），當發出換刀指令時（shí），各（gè）主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫（tuō）開。

這（zhè）種更換主軸換刀裝置，省（shěng）去了自動（dòng）鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的（de）限製，使主軸部件結構（gòu）尺寸不（bú）能（néng）太大，因而影響了主軸（zhóu）係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否（fǒu）則會使結（jié）構尺寸增大。因此，轉塔主（zhǔ）軸頭通常隻適用於（yú）工（gōng）序較少、精度要求不（bú）太高的機床，例如數控鑽、銑床等（děng）。

3.帶（dài）刀庫的自動換（huàn）刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀（dāo）裝置容納的刀具數量（liàng）不能太多，不能滿足複雜零（líng）件的加工需要，因此，自動換刀數控機床（chuáng）多采用帶刀庫的自動（dòng）換（huàn）刀裝置。帶（dài）刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀（dāo）過程較為複雜。首先要把加工過程（chéng）中使用（yòng）的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後（hòu），按一定的方式放（fàng）入刀庫。換（huàn）刀時，先在（zài）刀庫中選刀，再（zài）由（yóu）換刀裝置從刀（dāo）庫或主（zhǔ）軸上取出刀（dāo）具，進行交換，將新刀裝（zhuāng）入主（zhǔ）軸（zhóu），舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或（huò）上方。由於帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置的數控機床的主軸箱（xiāng）內隻有一根（gēn）主軸，主軸（zhóu）部件的剛度要高，以滿足精密加工要（yào）求。

另（lìng）外，刀（dāo）庫內刀具數量（liàng）較大，因而能夠進行複（fù）雜（zá）零件的多工序加工，大大提高（gāo）了機床的適應（yīng）性和加（jiā）工（gōng）效率（lǜ）。帶刀（dāo）庫（kù）的（de）自動換刀係統適用於數控鑽（zuàn）削中心（xīn）和（hé）加工中心。

二、刀庫和（hé）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（xiè）手實現與主（zhǔ）軸上刀具（jù）的互換。刀庫的類型有盤式刀庫（kù）、鏈式（shì）刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要（yào）根據機床的工藝範（fàn）圍來確（què）定。圖7-16所示的盤式刀（dāo）庫，刀具的方向與（yǔ）主軸同向，換刀時主軸箱（xiāng）上升到一定的位置，使主軸上的刀具正好（hǎo）對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開（kāi）刀柄，盤式刀庫向前運（yùn）動，拔（bá）出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準（zhǔn）的位（wèi）置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換（huàn）刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的（de）優點是結構（gòu）簡單，成本較（jiào）低（dī），換刀可（kě）靠性（xìng）較（jiào）好；缺點是換刀（dāo）時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於（yú）刀庫（kù）容量需要較大（dà）的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫（kù）的結構緊湊，刀庫容量較（jiào）大，鏈環的形狀可根據機床（chuáng）的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於（yú）換刀（dāo）。當需（xū）要增加刀具數量時（shí），隻（zhī）需增加鏈條的長度即可，給刀庫（kù）設計與製造帶來（lái）了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次（cì）換（huàn）刀前要進行選刀，常用的選刀方（fāng）法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選（xuǎn）刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照（zhào）工藝要求（qiú）依（yī）次插入刀庫的刀套中，加工（gōng）是（shì）按順序（xù）調刀，加工不同的工件（jiàn）時必須重新調整刀（dāo）庫中的刀具順序。其優點是（shì）刀庫的驅動和控製（zhì）都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較（jiào）大、工（gōng）件品種數量（liàng）較少的中、小（xiǎo）型（xíng）數控機床的自（zì）動換刀。

隨著數（shù）控係統的發展，目（mù）前大多數的數控係統（tǒng）都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式（shì）等三種。

3. 刀（dāo）具編碼（mǎ）方式

刀具（jù）編碼或刀套編（biān）碼需要在刀具或刀套上（shàng）安裝用於識別（bié）的編（biān）碼條，一（yī）般（bān）都是根據（jù）二進（jìn）製（zhì）編碼的原理進行（háng）編碼。刀（dāo）具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並（bìng）對（duì）每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中（zhōng）多次重複使用（yòng），換下的刀具不用放回（huí）原（yuán）刀座，刀庫的容量也可（kě）相應減少。但每把刀（dāo）具（jù）上都帶有專用的編碼（mǎ）環，刀具長度加長，製造困難（nán），刀庫和機械手的結構（gòu）變複雜。刀套編碼的方式（shì）是一把刀具隻對應一個刀套，從（cóng）一個刀套中取出（chū）的刀具必須（xū）放回（huí）同一刀套中（zhōng），取（qǔ）送刀具十分麻煩，換刀（dāo）時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將（jiāng）刀具號（hào）和刀（dāo）庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統（tǒng）的PLC中，無（wú）論刀具放在哪個刀套內，刀具信息（xī）都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每（měi）個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回（huí）。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀（dāo）具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀（dāo）具的裝置稱為刀具交換裝置（zhì）。刀具的交換（huàn）方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現（xiàn）刀具交（jiāo）換以及采用機械手交換（huàn）刀具。利用刀庫與（yǔ）機（jī）床主軸的相對（duì）運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須（xū）首先將用過的刀具（jù）送回刀（dāo）庫，然後再從（cóng）刀庫中取出新刀具（jù），兩個動（dòng）作不能同時進行，換刀時（shí）間較長。而采用（yòng）機械手換（huàn）刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸（xiè）機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進（jìn）一步縮短。采用機械手進（jìn）行刀具交換的方式應用最（zuì）廣泛。這是因為機械手換刀靈（líng）活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作（zuò）。為了防止刀具掉落（luò），機械手的活動爪（zhǎo）都帶有自鎖機（jī）構（gòu）。