​數控機床（chuáng）的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須（xū）帶有自動換刀裝置。自動換刀（dāo）裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、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、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架（jià）換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓（yuán）盤式軸向（xiàng）裝刀刀架等（děng）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（liáng）好的強度和剛（gāng）度，以（yǐ）承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度在很（hěn）大程（chéng）度上取決於（yú）刀（dāo）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調整，因此更有（yǒu）必要選擇可靠的定（dìng）位（wèi）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（yǒu）盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下（xià），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（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉（zhuǎn）刀具的（de）數控（kòng）機床的一種比較簡單的換刀方式。這種（zhǒng）主（zhǔ）軸（zhóu）頭（tóu）實（shí）際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩（liǎng）種，通（tōng）常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以（yǐ）實（shí）現自動換刀。在轉塔（tǎ）的（de）各個主軸上，預（yù）先安裝有各工（gōng）序所需要的旋轉刀具，當（dāng）發出換刀指令時，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（dài）動刀（dāo）具旋轉。而其它處於不加工位置上的主（zhǔ）軸都（dōu）與主運動脫開。

這種更換主軸換刀（dāo）裝置，省去了自動鬆、夾（jiá）、卸刀（dāo）、裝刀（dāo）以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時（shí）間（jiān），並提高了（le）換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸（cùn）不能太大，因而影響了主（zhǔ）軸係統的（de）剛性。為了（le）保（bǎo）證主軸的（de）剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因（yīn）此，轉塔主軸頭通常隻（zhī）適用（yòng）於工（gōng）序較少、精度要求不太（tài）高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換（huàn）刀係統

由於（yú）回轉刀架、轉（zhuǎn）塔（tǎ）頭式換刀裝（zhuāng）置容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶（dài）刀庫的自動換（huàn）刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別（bié）安（ān）裝在標（biāo）準刀柄（bǐng）上（shàng），在機外進行尺寸預調整後，按一定（dìng）的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選（xuǎn）刀，再由換刀裝置（zhì）從刀庫或（huò）主軸上（shàng）取出刀具，進（jìn）行交換，將（jiāng）新刀裝（zhuāng）入主軸，舊刀放回刀庫。刀（dāo）庫具有較大（dà）的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由（yóu）於帶刀庫（kù）的自動換刀裝置的（de）數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高（gāo），以滿足精密加（jiā）工要（yào）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，大大提高了機床的（de）適應性和加工效率（lǜ）。帶刀庫（kù）的自動換刀係（xì）統適用於數（shù）控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式（shì）

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數（shù）量的（de）刀具（jù），通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式（shì）刀（dāo）庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容（róng）量（liàng）要（yào）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，換刀時主軸箱上升到一定（dìng）的位置，使主軸上的刀具正好（hǎo）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（shàng）的刀具，然後刀庫將下一個（gè）工序所用的刀具旋轉（zhuǎn）至與主軸對準（zhǔn）的位置，刀庫後退將（jiāng）新刀（dāo）具插入主（zhǔ）軸孔中，主（zhǔ）軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工（gōng）作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工（gōng）。此換刀（dāo）裝置的優點是結構簡單，成（chéng）本較（jiào）低，換（huàn）刀可靠性（xìng）較好；缺點是換刀時間長，適用於刀（dāo）庫容量較小的加（jiā）工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構（gòu）緊湊（còu），刀庫（kù）容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局（jú）製成各（gè）種形（xíng）狀，也可將換（huàn）刀位突（tū）出（chū）以便於換刀。當需要增加刀（dāo）具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2.刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀（dāo）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）加工之前，將（jiāng）加工零件所需刀具（jù）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（dāo）具順序。其優點（diǎn）是刀庫的驅動（dòng）和控製都（dōu）比較簡單。因此，這種方式適合（hé）加工批量較大、工（gōng）件品種（zhǒng）數量較少的中（zhōng）、小型數控機床的自動（dòng）換刀。

隨著數控（kòng）係統的發展，目前大（dà）多數的數控係統都（dōu）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（děng）三種。

3.刀具編碼方式

刀具編碼或（huò）刀套編碼需要在刀具或（huò）刀套上安裝用於（yú）識別（bié）的編碼條，一般都是根據二進製編碼的（de）原理進行編碼。刀具編（biān）碼選（xuǎn）刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具（jù）編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀（dāo）具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量（liàng）也（yě）可相應減少。但每把（bǎ）刀具上都帶有（yǒu）專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構（gòu）變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從（cóng）一個刀套中取出的刀具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（zài）加工（gōng）中心（xīn）上大量使用記憶式（shì）的方式。這（zhè）種方式能將刀具號和（hé）刀庫中（zhōng）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內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信（xìn）息。這樣（yàng）刀具就（jiù）可以任意取出並送回。刀（dāo）庫上還設有機械原點，使每（měi）次選（xuǎn）刀時就近選取。

三（sān）、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和裝卸刀具的裝（zhuāng）置稱為刀具交換裝置（zhì）。刀具的交換方式有兩種（zhǒng）：由刀（dāo）庫（kù）與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及（jí）采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首（shǒu）先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫（kù）中取出新刀具，兩個動作不能同時進行（háng），換刀時間較長。而采用機械手換（huàn）刀裝置在（zài）換刀時能夠同時抓取（qǔ）和裝卸機床主軸和刀庫中的（de）刀具，因此換刀（dāo）時間進一步縮短。采用機械手進（jìn）行刀具交（jiāo）換的（de）方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，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—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。