數控機床的（de）自動換（huàn）刀裝置，你認識（shí）幾種？

數控機床為了能在（zài）工件一次裝夾中（zhōng）完（wán）成多道加工工序，縮（suō）短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自（zì）動換（huàn）刀裝置。自動換（huàn）刀裝置應當滿足（zú）換刀時間短、刀具重複（fù）定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換（huàn）刀（dāo）裝置的形式

1．回轉（zhuǎn）刀架換刀

回轉刀架是一種（zhǒng）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（dāo）架（jià）、六（liù）角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架（jià）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（jù），並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架（jià）在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削（xuē）加工精度在很（hěn）大程度（dù）上取決於刀尖位（wèi）置，對於數控（kòng）車床來（lái）說，加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每（měi）次轉位之後，具有盡可能高的重（chóng）複定位精度（一般（bān）為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回（huí）轉刀架的換刀（dāo）動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主（zhǔ）軸（zhóu）頭換刀（dāo）（刀具旋轉為主（zhǔ）運動）

更換主（zhǔ）軸換刀是帶有旋（xuán）轉刀（dāo）具的數（shù）控機床的一種比較簡單的換刀方式（shì）。這種主軸頭實際上就

是（shì）一個（gè）轉塔刀（dāo）庫。

主軸頭（tóu）有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉（zhuǎn）位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的（de）各個主軸上，預先安裝（zhuāng）有各工序所需要的旋轉刀具，當發（fā）出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主（zhǔ）軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位置（zhì）上的主軸都與主運動脫開（kāi）。

這種更換主軸（zhóu）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複雜操作，從而縮短了換（huàn）刀時間，並提高了（le）換刀（dāo）的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為（wéi）了保證主軸的剛性，必須限製（zhì）主軸的數目，否則會使結構（gòu）尺寸增大。因此，轉塔主軸頭（tóu）通常隻適用於工序較少、精度要（yào）求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀（dāo）庫的（de）自動（dòng）換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀（dāo）具數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工（gōng）需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自（zì）動換（huàn）刀（dāo）裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換（huàn）刀過程較為複雜。首先（xiān）要把加工過程中使用的全部（bù）刀具分別安裝在標準（zhǔn）刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀（dāo）庫。換刀時，先在刀庫中選（xuǎn）刀，再由換刀裝置從刀庫或主（zhǔ）軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入（rù）主軸，舊刀放回刀庫。刀庫（kù）具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫（kù）的自動換刀裝置（zhì）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（mǎn）足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而（ér）能夠進行複雜零件的多工序加（jiā）工，大大提高了機床的適應性和加工效率（lǜ）。帶刀庫的自動（dòng）換刀係統適用於數控（kòng）鑽（zuàn）削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選（xuǎn）擇方式

1.刀庫類型

刀（dāo）庫（kù）的作用是儲備（bèi）一定數（shù）量的刀具，通過（guò）機械（xiè）手實現與主軸上刀（dāo）具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式（shì）和容量要根據機床（chuáng）的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與（yǔ）主軸同向，換（huàn）刀時主（zhǔ）軸箱上升到一定（dìng）的位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫（kù）最（zuì）下麵的那個位置，刀具（jù）被夾住，主軸在（zài）CNC的控製（zhì）下，鬆開刀柄，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刀具（jù）旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退（tuì）將新（xīn）刀具插入主（zhǔ）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，進行下道工序的加工。此換刀（dāo）裝置的優點是結構簡（jiǎn）單，成（chéng）本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容（róng）量需要較（jiào）大的加工中心可采用（yòng）鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈（liàn）環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也（yě）可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條（tiáo）的長度即（jí）可，給刀庫設計與製造帶來了方便（biàn）。

2. 刀（dāo）具的選（xuǎn）擇方式

一（yī）般（bān）的刀庫內存（cún）放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀（dāo），常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩（liǎng）種（zhǒng），順（shùn）序選刀（dāo）是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，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、工件品種數量較少的中、小型數（shù）控機床的自動換（huàn）刀。

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

3. 刀具（jù）編碼方式

刀具編（biān）碼或刀套（tào）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（gēn）據二進製編碼（mǎ）的原理進行編碼。刀具編碼選刀（dāo）方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都（dōu）具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多（duō）次（cì）重複使用，換下的（de）刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長（zhǎng），製造困難（nán），刀庫和機械手的結構變複雜。刀（dāo）套編碼的方式是（shì）一把刀具隻對應一個刀套（tào），從一個（gè）刀（dāo）套中取出的刀具必須放回同一刀套中（zhōng），取送刀具十分麻煩（fán），換刀時間長（zhǎng）。目（mù）前在加工中心上大量使用記憶式（shì）的方式。這種方式能將刀具號和刀（dāo）庫中的刀套位置對應（yīng）地記憶在數控係統的（de）PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀（dāo）具（jù）信息都（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、刀具交換裝置

數控機床（chuáng）的自動換刀裝置中，實現（xiàn）刀庫與機床主軸之間傳（chuán）遞和裝卸刀（dāo）具（jù）的裝置稱為刀具交（jiāo）換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀（dāo）庫與機床主軸的相對（duì）運動實現刀具交換以及采用機械手交換刀具。利（lì）用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀（dāo）具交換的裝（zhuāng）置在換刀時必須首先將用過的刀具送（sòng）回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀（dāo）裝置在換刀時能夠同時抓（zhuā）取和裝（zhuāng）卸機床主軸和刀庫中的（de）刀具，因此換（huàn）刀時間進一步縮短。采用機械手進行（háng）刀（dāo）具交換的方式應用最廣（guǎng）泛。這是因為機（jī）械手換刀靈活（huó），動作快，而且結（jié）構簡（jiǎn）單。機械手能夠完成抓（zhuā）刀—拔刀—回轉—插刀（dāo）—返回等一係列（liè）動作（zuò）。為了防止刀具掉落，機械手的活（huó）動（dòng）爪都帶有自鎖機構。