​數控機床（chuáng）的自動換刀裝置，你認識幾種？

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數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多（duō）道加工工（gōng）序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件（jiàn）所引（yǐn）起的誤差，必須帶有自動（dòng）換（huàn）刀裝置。自（zì）動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存（cún）量足夠、刀庫占（zhàn）地麵積小以及（jí）安全可靠等基本要求（qiú）。

一、自動換刀裝置的（de）形（xíng）式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是（shì）一種（zhǒng）最簡單（dān）的自動換（huàn）刀裝置（zhì），常用於（yú）數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀（dāo）架或（huò）圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。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（chéng）受粗加工時的（de）切削抗力。由於車削加工精度（dù）在很大程度上取決（jué）於刀尖位置，對於數控車床來（lái）說，加工過（guò）程中刀具位置不進行（háng）人工調（diào）整（zhěng），因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證（zhèng）回轉刀架在每次轉位之後，具（jù）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（dāo）動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀（dāo）架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具（jù）旋轉為主運動）

更（gèng）換主軸換（huàn）刀是帶有旋轉刀具的數控機（jī）床的一種比（bǐ）較簡（jiǎn）單（dān）的換刀方（fāng）式（shì）。這（zhè）種主軸頭實際上就

是一個轉（zhuǎn）塔（tǎ）刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸（zhóu）上，預先安裝（zhuāng）有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀（dāo）指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運（yùn）動，使（shǐ）相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它（tā）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（zhì），省去了自動鬆、夾（jiá）、卸（xiè）刀、裝刀以及刀（dāo）具（jù）搬（bān）運等一係列的複雜操作，從而縮短了（le）換刀時間，並提高了（le）換（huàn）刀的可靠性。但是由於空間位置的（de）限（xiàn）製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛（gāng）性（xìng）。為了保證主軸的剛性，必須（xū）限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常（cháng）隻適用於工序較少、精度要求不太高的機床（chuáng），例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於（yú）回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多（duō），不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床（chuáng）多采用帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫（kù）和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首（shǒu）先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在（zài）機外進行尺寸預調整後，按一（yī）定的方式放入刀庫。換刀（dāo）時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸（zhóu）上取（qǔ）出刀具，進行交換，將新刀裝（zhuāng）入主軸（zhóu），舊刀放回刀庫。刀庫具有（yǒu）較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大（dà）大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換（huàn）刀係統適用於數控鑽削中心和加（jiā）工中心。

二、刀庫和刀（dāo）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（tōng）過機械手實現與（yǔ）主軸上刀（dāo）具的互換。刀庫的類型有盤式（shì）刀庫、鏈式刀庫等多（duō）種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀（dāo）庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時（shí）主（zhǔ）軸箱上升（shēng）到一定的位（wèi）置，使主（zhǔ）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，盤式刀庫向前運動，拔出主（zhǔ）軸上的刀具，然後刀庫將（jiāng）下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對（duì）準的（de）位置，刀庫後退（tuì）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，完成換刀任務，進（jìn）行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是（shì）結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間（jiān）長，適用於刀（dāo）庫容量較小（xiǎo）的加工中心。

對於刀庫（kù）容量需要較大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（còu），刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可（kě）將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數（shù）量時，隻需增加鏈條的（de）長（zhǎng）度（dù）即可，給刀（dāo）庫設（shè）計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一（yī）般的刀庫內存（cún）放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀（dāo），常用的選刀方法（fǎ）有順序選刀和（hé）任意 選刀兩種（zhǒng），順序選刀是在加工之前，將（jiāng）加工零件所需刀具按照（zhào）工藝要求依次插入刀庫的刀套中（zhōng），加工是按順（shùn）序調刀，加工不同的工件時必（bì）須（xū）重新調整刀庫中的刀具（jù）順序。其（qí）優點是刀（dāo）庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種（zhǒng）方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換（huàn）刀。

隨著（zhe）數控（kòng）係統的發（fā）展，目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（mǎ）、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀（dāo）具編碼或（huò）刀套編碼需要在刀（dāo）具或刀套上安裝用於識別的編碼條（tiáo），一般都是（shì）根（gēn）據二進製編碼的（de）原理進行編碼。刀（dāo）具編碼選刀方式采用了一種（zhǒng）特殊的刀柄結構，並對（duì）每把刀具編碼（mǎ）。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可（kě）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（zuò），刀庫的容量也可（kě）相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長（zhǎng）度加長，製造困難，刀庫和機械手的（de）結構變（biàn）複雜（zá）。刀套編碼的方（fāng）式是一把（bǎ）刀（dāo）具隻（zhī）對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具（jù）必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀（dāo）時間長。目前在加（jiā）工中心上大量（liàng）使用記憶式的方式。這種方式能（néng）將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地（dì）記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套（tào）內，刀具信息（xī）都始終記存在PLC內。刀庫上裝（zhuāng）有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這（zhè）樣刀具就可（kě）以任意取出並（bìng）送回。刀庫上還設有機械原點，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，實（shí）現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方（fāng）式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現（xiàn）刀（dāo）具交換以及采用機械手交換刀具。利用刀庫與（yǔ）機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置（zhì）在換（huàn）刀時必（bì）須首先（xiān）將用過的（de）刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個（gè）動作（zuò）不能同時進行，換刀時間較長。而采（cǎi）用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時（shí）抓取和裝卸機床（chuáng）主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時（shí）間進一步縮（suō）短。采（cǎi）用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是（shì）因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完（wán）成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一（yī）係列（liè）動作。為了防止刀具（jù）掉落（luò），機械手的活動爪都帶有自鎖機構。