控機床的自動換刀裝置（zhì），你（nǐ）認識幾種？

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（suō）短輔助時間，減少多次安裝工件所引起（qǐ）的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀（dāo）裝置應（yīng）當（dāng）滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足（zú）夠（gòu）、刀（dāo）庫占（zhàn）地麵積小（xiǎo）以及安全可靠（kào）等基本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換（huàn）刀

回轉刀架是一種（zhǒng）最簡（jiǎn）單的自動換刀裝置，常用於（yú）數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓（yuán）盤式軸向裝（zhuāng）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（bìng）按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上（shàng）必須具有良好（hǎo）的強度（dù）和剛度，以承受（shòu）粗加工時的切削抗力。由於車削（xuē）加工精度在很大程度上取（qǔ）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（huí）轉刀架在（zài）每次（cì）轉位之後，具有盡可（kě）能（néng）高的（de）重複定位精度（一（yī）般為0.001～0.005mm）。

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

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

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

是一個轉塔刀庫。

主（zhǔ）軸頭有（yǒu）臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉（zhuǎn）位來更換（huàn）主軸（zhóu）頭（tóu），以實現自動換刀。在轉塔的各（gè）個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀（dāo）指令（lìng）時，各主（zhǔ）軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運（yùn）動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而（ér）其它處於不加工位置上的主軸（zhóu）都（dōu）與主運動脫開。

這種更換主（zhǔ）軸換刀裝（zhuāng）置（zhì），省去了自動鬆、夾（jiá）、卸刀、裝刀以及刀（dāo）具搬運等（děng）一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的（de）可靠性。但是（shì）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（yǐng）響了主軸係統的剛性（xìng）。為了保證主（zhǔ）軸的剛性，必須（xū）限製主軸的數目，否則會（huì）使結構尺寸（cùn）增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫（kù）的自動換刀係統

由於回轉（zhuǎn）刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足（zú）複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多（duō）采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先（xiān）要把加（jiā）工過程中使（shǐ）用的全（quán）部刀具分別安裝（zhuāng）在標準刀柄上（shàng），在機外進行尺寸預（yù）調整後，按一定的方式（shì）放入刀庫。換（huàn）刀時（shí），先在刀庫中選（xuǎn）刀，再由換刀（dāo）裝置從刀庫（kù）或（huò）主（zhǔ）軸上取出刀具，進（jìn）行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容（róng）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（chuáng）的主軸箱內隻有一（yī）根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求（qiú）。

另（lìng）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（yīng）性和加工效率。帶刀庫的（de）自動換（huàn）刀係統（tǒng）適用於數控（kòng）鑽削中心和加工中（zhōng）心。

二、刀庫和刀具的（de）選擇方式

1.刀庫類型（xíng）

刀庫的作用是（shì）儲備（bèi）一定數量的刀具，通過機械（xiè）手實（shí）現與主軸上刀具的互換。刀庫的類（lèi）型（xíng）有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀（dāo）庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定（dìng）。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀（dāo）時（shí）主軸箱（xiāng）上升到（dào）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，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用（yòng）的刀具旋轉至與主軸對準的位（wèi）置，刀庫後退將新（xīn）刀具插入主軸孔中，主軸夾緊（jǐn）刀柄，主軸箱下降到（dào）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（yōu）點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點（diǎn）是換（huàn）刀時間長，適用於刀庫容（róng）量較小的加（jiā）工中心。

對於刀庫容量需（xū）要（yào）較（jiào）大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈（liàn）式刀庫（kù）的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形（xíng）狀可根據機床的布局製成各種形狀（zhuàng），也可將換刀位（wèi）突出以便於換刀。當需要增（zēng）加刀具數量時，隻需增（zēng）加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了（le）方（fāng）便。

2. 刀具（jù）的選擇方式

一（yī）般的刀庫（kù）內存（cún）放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順（shùn）序選刀和（hé）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照（zhào）工藝要求依次插入（rù）刀庫的刀套中（zhōng），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（dòng）和控製都比較簡單（dān）。因此，這種方式適合加工批（pī）量較大、工（gōng）件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著（zhe）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、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀（dāo）套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識（shí）別的編碼條，一般（bān）都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼（mǎ）選刀方（fāng）式采用了（le）一種特殊的刀柄結構，並對每把（bǎ）刀具編碼。每（měi）把刀具（jù）都具有自己的代碼，因而刀具可在不（bú）同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀（dāo）庫的容量也可相應減少。但（dàn）每把刀具上都帶有專用的（de）編碼環，刀具（jù）長（zhǎng）度加長，製造困（kùn）難，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），從一個刀套中取出的刀具必（bì）須放回同一刀套中，取送（sòng）刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上（shàng）大量使用（yòng）記憶式的方式。這（zhè）種方式能將刀（dāo）具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶（yì）在數控係統的PLC中，無論刀（dāo）具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存（cún）在PLC內。刀庫上裝有（yǒu）位置檢測裝置，可（kě）獲得每個刀套的（de）位置信息。這樣刀具就可（kě）以任意取出並送（sòng）回。刀庫上還設有機（jī）械原點，使每次選（xuǎn）刀時就近（jìn）選取。

三、刀具交換（huàn）裝置

數控機床的（de）自動（dòng）換刀裝置中，實現刀（dāo）庫與機床主軸之間（jiān）傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由（yóu）刀庫與機床主軸（zhóu）的相對（duì）運動（dòng）實現刀（dāo）具交換以及采用機（jī）械手交換（huàn）刀具。利用刀庫與機床主軸的（de）相對運（yùn）動實現刀具交換的裝置在換刀時必（bì）須首先將用過的（de）刀具送回刀庫，然後再（zài）從刀庫中取出新刀具，兩個（gè）動（dòng）作（zuò）不能同時進行，換刀時間較長。而采用機（jī）械手換刀裝置在換刀時能夠（gòu）同時抓（zhuā）取和裝卸機床主軸和刀（dāo）庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機（jī）械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因（yīn）為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀（dāo）—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動（dòng）作。為了防止刀具掉落，機械手（shǒu）的活動爪都帶有自鎖機（jī）構。