數控機床的（de）自動換刀裝置，你認識幾種？

數（shù）控（kòng）機床為了能在工（gōng）件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔（fǔ）助時間，減少多次安（ān）裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置（zhì）。自動換刀裝置應當（dāng）滿足換刀時間短、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可（kě）靠等基本要求。

一、自（zì）動（dòng）換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一（yī）種最簡單的自動換（huàn）刀裝置，常（cháng）用於（yú）數控（kòng）車床。可以設計成四方刀架、六角刀架（jià）或圓盤式（shì）軸向裝刀刀架等多種形式（shì）。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（zhì）的指令換刀（dāo）。

回轉刀架在結構（gòu）上必（bì）須（xū）具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度在很大程度（dù）上取決於刀尖位（wèi）置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工（gōng）調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的（de）定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位（wèi）之後（hòu），具有盡可能高（gāo）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、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀（dāo）具旋轉為主運動（dòng））

更（gèng）換主軸換（huàn）刀是帶（dài）有旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換（huàn）刀（dāo）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（hé）立式兩種，通常用轉塔的轉（zhuǎn）位來更換主軸頭，以（yǐ）實現自動換刀。在轉塔的（de）各個主（zhǔ）軸上，預先（xiān）安（ān）裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次（cì）地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主（zhǔ）軸帶動刀具（jù）旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動（dòng）鬆、夾、卸刀、裝（zhuāng）刀以及刀具搬運等（děng）一係列的複雜操作（zuò），從而縮短了換刀時間，並提高（gāo）了換（huàn）刀的可（kě）靠性。但是由於空間位置的限製（zhì），使（shǐ）主軸（zhóu）部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製（zhì）主（zhǔ）軸的數目，否則（zé）會使（shǐ）結構尺寸增大。因（yīn）此，轉（zhuǎn）塔主軸頭通（tōng）常隻適用於工序較少、精度要求不太高的機床，例（lì）如數（shù）控鑽、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的刀具（jù）數（shù）量不能太多，不能滿足複雜零（líng）件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置（zhì）。帶刀庫的自（zì）動換刀裝置由刀庫和換（huàn）刀機構組（zǔ）成，換刀過（guò）程較為複雜。首先要把（bǎ）加（jiā）工過程中使用的全部刀具分別（bié）安裝在標（biāo）準刀柄上，在機外進行尺寸預調（diào）整後，按一定的（de）方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上（shàng）取出刀具，進行交換，將新（xīn）刀裝入主軸，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（huò）上方。由於帶刀（dāo）庫的自動換刀裝（zhuāng）置的數控機床的主軸箱內隻有一根（gēn）主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要（yào）求。

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

二、刀（dāo）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刀具（jù）的互換。刀庫的類型有盤式（shì）刀庫、鏈式刀庫等（děng）多種形式，刀庫的形式和（hé）容量要（yào）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（zhǔ）軸同（tóng）向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上（shàng）的刀具正好對準刀庫（kù）最（zuì）下麵的那個位置，刀具被夾（jiá）住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具（jù），然後刀庫（kù）將下一（yī）個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫（kù）後退將新刀具插入（rù）主（zhǔ）軸孔中，主軸夾緊刀柄，主（zhǔ）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（gòu）簡單，成本較低，換刀可（kě）靠性（xìng）較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量（liàng）較小的加工中心。

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

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每（měi）次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序（xù）選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按（àn）照工藝要求依次插入（rù）刀庫的刀套中，加工（gōng）是（shì）按順序調刀，加工不同的（de）工件時必須重新（xīn）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（zhè）種方式（shì）適合加工批（pī）量（liàng）較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

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（dāo）的（de）方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要（yào）在刀具或刀套上安裝用於識別（bié）的編碼條，一（yī）般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一（yī）種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次（cì）重複（fù）使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的（de）容（róng）量（liàng）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（gòu）變複雜（zá）。刀（dāo）套編碼的方式是一（yī）把（bǎ）刀（dāo）具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的（de）刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目（mù）前在（zài）加工中心上大量（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記憶在數控係（xì）統的PLC中，無（wú）論刀具放（fàng）在哪個刀套內，刀具信息都（dōu）始終記存在（zài）PLC內。刀（dāo）庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意（yì）取出並送回。刀庫（kù）上還設有機械原（yuán）點，使每次選（xuǎn）刀時就近（jìn）選取。

三、刀具交換裝置

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（dì）和裝卸刀具的（de）裝置稱為（wéi）刀具交換裝置。刀具的交換方式（shì）有兩種：由刀（dāo）庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換（huàn）以及采（cǎi）用機械手交換刀具。利用（yòng）刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具（jù）交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回（huí）刀庫，然（rán）後再從刀庫（kù）中取出（chū）新刀具，兩個動（dòng）作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機（jī）械手換刀裝置在（zài）換刀時能夠同時抓取和裝（zhuāng）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（zuì）廣（guǎng）泛。這是因為機械手換刀靈活（huó），動作快，而（ér）且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返（fǎn）回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。