數控機床（chuáng）的自（zì）動換刀裝置，你認識幾種（zhǒng）？

數控機床為了能在工件一次裝夾中（zhōng）完成（chéng）多道加工工序，縮短輔助時間，減少（shǎo）多次（cì）安裝工件所引（yǐn）起的誤差，必須帶有自動換刀（dāo）裝置。自（zì）動換刀裝置應當滿（mǎn）足換刀時間短、刀具重複定位精（jīng）度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全（quán）可靠（kào）等（děng）基（jī）本（běn）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（yòng）於數控車床。可以（yǐ）設計成四方刀架、六角刀（dāo）架或圓盤式軸向裝刀（dāo）刀架等多種形（xíng）式。回轉刀架上分別安裝（zhuāng）著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀（dāo）。

回轉刀架在結構上必須（xū）具（jù）有良好的強度和剛度（dù），以承受粗加工時的切削抗（kàng）力。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置（zhì），對於數控車床來說，加工過程中刀（dāo）具位置不（bú）進行人工調整，因此（cǐ）更有必要選擇可靠的（de）定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有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刀架抬起、刀架轉位及刀架壓（yā）緊等。

2．更換主軸頭（tóu）換（huàn）刀（刀具旋轉（zhuǎn）為主運動）

更換主軸換刀（dāo）是帶有旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換刀方式。這種（zhǒng）主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸（zhóu）頭有臥式和立式兩種，通常用轉（zhuǎn）塔的轉位（wèi）來（lái）更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸（zhóu）上，預先安裝有各工序所（suǒ）需要（yào）的旋轉刀具，當發出換刀指（zhǐ）令時，各主軸頭依次地轉（zhuǎn）到加工位置，並（bìng）接通主運動（dòng），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開。

這種（zhǒng）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（děng）一係列的複雜操作，從而縮（suō）短（duǎn）了換刀時間，並提高（gāo）了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結（jié）構尺寸不能（néng）太大，因而影響了主軸係（xì）統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則（zé）會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精（jīng）度要求不太高的機床，例如數控（kòng）鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納（nà）的刀具數量不能太多，不能（néng）滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采（cǎi）用帶刀庫的自動換刀裝置。帶（dài）刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換（huàn）刀過（guò）程較為複雜（zá）。首先要把加（jiā）工過程中使用的全部刀具分（fèn）別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預（yù）調整後，按一定（dìng）的方式（shì）放入刀（dāo）庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫（kù）或主軸上取出刀具，進行交換，將（jiāng）新刀裝入主軸（zhóu），舊（jiù）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（miàn）或上方。由於帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置的數控機床的主軸箱內（nèi）隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外（wài），刀庫內刀具數量較大，因而能夠（gòu）進行複雜零（líng）件的多工序加（jiā）工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動（dòng）換刀（dāo）係統適用於數控鑽削中（zhōng）心和加工中心。

二、刀（dāo）庫（kù）和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫（kù）的（de）作用是儲備一定數量的刀具，通（tōng）過機械（xiè）手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式（shì）刀庫等多（duō）種形式（shì），刀庫的形式和（hé）容量要根據機床的工藝範圍來確（què）定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時（shí）主軸箱上（shàng）升到一定的位置，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，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運（yùn）動，拔出主軸（zhóu）上的刀具，然後刀庫將下一（yī）個工（gōng）序（xù）所用的刀具旋轉至（zhì）與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具（jù）插入主軸（zhóu）孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下（xià）降到工作位置，完成（chéng）換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較（jiào）低，換（huàn）刀可靠性較好；缺點是換刀時（shí）間長，適用於刀（dāo）庫容量較小的加工中心（xīn）。

對於（yú）刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀（dāo）庫（圖7-17），鏈式刀（dāo）庫的結構（gòu）緊湊，刀庫（kù）容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可將換（huàn）刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量（liàng）時（shí），隻需增加鏈（liàn）條的長（zhǎng）度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇（zé）方式

一般的刀庫內存放有多（duō）把刀（dāo）具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在（zài）加工（gōng）之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插（chā）入刀庫的刀套中（zhōng），加（jiā）工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的（de）刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少（shǎo）的中（zhōng）、小型（xíng）數（shù）控機（jī）床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數（shù）的數控係（xì）統都采用任意選（xuǎn）刀（dāo）的方式，其（qí）分為刀套編碼、刀（dāo）具編碼和（hé）記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

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（bān）都是根據二（èr）進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀（dāo）方式采用（yòng）了一種特殊的刀柄（bǐng）結構，並對每把刀具編（biān）碼。每把刀具都（dōu）具有（yǒu）自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用（yòng）放回原刀座，刀庫的容量也可相應減（jiǎn）少。但每把刀具上都帶（dài）有專用的編碼環（huán），刀具長度加長，製造困難，刀（dāo）庫和機械手（shǒu）的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個（gè）刀套中取出的刀具（jù）必須放回同一刀套中，取送刀具十（shí）分麻煩，換刀時間長。目前在加工中（zhōng）心上大量使用記憶式的方式（shì）。這種方式能將刀（dāo）具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中（zhōng），無論刀具放在哪個刀套內，刀具信（xìn）息都（dōu）始終記存在PLC內。刀庫上裝有位（wèi）置檢測裝置，可獲得每個刀（dāo）套的位置信息（xī）。這樣刀具就可（kě）以任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控（kòng）機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與（yǔ）機床（chuáng）主軸之間傳遞和裝卸刀具的（de）裝置稱為刀（dāo）具交換裝置。刀具的交（jiāo）換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實（shí）現刀具交換以及采用機械手交換刀具。利用（yòng）刀庫與機（jī）床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送（sòng）回（huí）刀庫，然後（hòu）再從刀庫中取出新刀具，兩個（gè）動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用（yòng）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（huàn）刀時間進一步縮（suō）短。采用機械手進行刀具交換的方式應用（yòng）最（zuì）廣泛。這是因為機械手換刀（dāo）靈活，動作快，而且結構（gòu）簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返（fǎn）回等一（yī）係列動作。為了防止刀具掉（diào）落，機械手的活動爪都（dōu）帶有自鎖機構。