​CNC數控機床的自動換刀裝置及其刀具係（xì）統！

一、鬥笠式刀（dāo）庫

一般隻能存16~24把刀具，鬥笠式刀庫在換刀時整個刀庫向主軸移動。當主軸上的刀具進入刀庫的卡槽時，主軸向（xiàng）上移動脫離刀具，這（zhè）時刀庫轉動。當要換的刀具對正主軸正下方時主軸下移，使刀具進入主軸錐孔內，夾緊刀具後，刀庫（kù）退回原來的位（wèi）置。

二、圓盤式刀（dāo）庫

圓盤式刀庫通（tōng）常應用在小型立式綜合加工機上。"圓盤刀庫（kù）"一般俗稱"盤式刀庫"，以便和"鬥（dòu）笠式刀庫"、"鏈條式刀（dāo）庫"相區分。圓盤式的刀庫容量不大，頂多二、三十把刀。需搭（dā）配自動換刀機構ATC(AutoToolsChange)進行刀具交換。

三、鏈條式刀庫

鏈條式刀庫的特（tè）點是可儲放較多數量之刀具，一般都在20把以上，有些可儲放120把以上。它是藉由鏈（liàn）條將要換的刀具傳到指定位置，由機械手將刀具裝到主軸上（shàng）。換刀動作均采用馬達加機加工中心（xīn）使（shǐ）用的刀庫最常見的形式是圓盤式刀庫和機械手換刀刀庫（kù）。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀（dāo）

回轉刀（dāo）架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以（yǐ）設計成四方刀架、六角刀架（jià）或圓盤式軸向裝刀刀架等（děng）多種形式。回轉刀架上分別安裝著四（sì）把、六把（bǎ）或（huò）更多的刀具，並（bìng）按數控裝置的指（zhǐ）令換刀。

回（huí）轉刀架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（yóu）於車削加工（gōng）精度在很大程度（dù）上取決於刀尖位置，對於數控車床（chuáng）來說，加工過程中刀具位置不進行（háng）人工調整，因此更（gèng）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（dāo）架在每次轉位之（zhī）後（hòu），具有盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況（kuàng）下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬（tái）起、刀架轉（zhuǎn）位（wèi）及刀架壓緊等。

2．更換主軸（zhóu）頭換（huàn）刀（刀具旋（xuán）轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數（shù）控機床的（de）一種比較（jiào）簡單的換刀（dāo）方式。這種主軸頭（tóu）實際上就是（shì）一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式（shì）和立式兩種，通常用轉（zhuǎn）塔的轉位（wèi）來更換主軸（zhóu）頭（tóu），以實現自動換刀（dāo）。在轉（zhuǎn）塔的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋（xuán）轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸（zhóu）頭（tóu）依（yī）次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動（dòng）刀具旋轉。而其它處於不加（jiā）工位置上的主軸都與主（zhǔ）運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了（le）自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀（dāo）具搬運等一係列（liè）的複雜操（cāo）作，從而縮短了換刀（dāo）時間，並提（tí）高了換（huàn）刀的可（kě）靠性。但（dàn）是由於空（kōng）間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能（néng）太大（dà），因而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的（de）剛性，必須（xū）限製主軸的數目，否則會使結構（gòu）尺寸增大。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（jī）床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回（huí）轉刀（dāo）架、轉塔頭式換刀裝置容（róng）納的刀具數（shù）量不能太多，不能滿足複雜零（líng）件的加（jiā）工需要，因（yīn）此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置。帶（dài）刀庫的自（zì）動換刀裝（zhuāng）置由刀庫和換刀機構組成，換刀（dāo）過（guò）程較為複雜。首（shǒu）先要把加工過程中（zhōng）使用的全部刀具分別安裝在（zài）標準刀柄上，在機外進（jìn）行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換（huàn）刀裝置從刀庫或主軸上取出（chū）刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝（zhuāng）在主軸箱的側麵或上方。由於（yú）帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置（zhì）的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主（zhǔ）軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要（yào）求。

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

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型（xíng）

刀庫的作用是儲備（bèi）一定數量的刀具，通過機械（xiè）手實現與主軸上刀（dāo）具（jù）的互換。刀庫的類型有（yǒu）盤式刀庫、鏈式刀庫等多（duō）種（zhǒng）形式，刀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（shì）刀（dāo）庫，刀（dāo）具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升（shēng）到（dào）一定的位置，使主軸上（shàng）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（dòng），拔出主軸（zhóu）上的刀具，然後刀庫將（jiāng）下一個工序所用（yòng）的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具插入主（zhǔ）軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸（zhóu）箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道（dào）工序的加工。此換（huàn）刀裝置的優點是結構簡單（dān），成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適（shì）用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需（xū）要較大的加工中心可采用鏈（liàn）式刀庫，鏈式刀（dāo）庫（kù）的（de）結構（gòu）緊湊（còu），刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成（chéng）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，隻需增加鏈（liàn）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（nèi）存放有（yǒu）多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用（yòng）的選（xuǎn）刀方法有順序選刀和任意（yì）選刀兩種，順序選刀是（shì）在加工之前，將（jiāng）加工零（líng）件所需刀（dāo）具按照工藝（yì）要求依次插入刀庫的刀套中（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（xù）。其優點是刀庫的驅動和控製都比（bǐ）較簡單。因此，這種方式適合加（jiā）工批量（liàng）較大、工（gōng）件品種數量較少的中、小型數控機（jī）床的自動換刀。

隨著數控係統（tǒng）的發（fā）展，目（mù）前大多數（shù）的數控係統都采用任意選（xuǎn）刀的方式，其分為刀套編碼、刀（dāo）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在刀具或刀套上安（ān）裝（zhuāng）用於識（shí）別的編碼條，一般都是（shì）根據二進（jìn）製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊（shū）的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具（jù）都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀（dāo）具不用放回原刀座，刀庫的容量也（yě）可相應減少。但每把（bǎ）刀具上都帶（dài）有專用的編碼環，刀（dāo）具長度加長，製造困（kùn）難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中（zhōng）取出的刀具必須放回同（tóng）一（yī）刀套中，取送刀具十分（fèn）麻煩，換刀時（shí）間長。目前在加工中心上（shàng）大量使用記憶式的（de）方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對（duì）應地記憶（yì）在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個（gè）刀套內，刀具信息都（dōu）始終（zhōng）記存（cún）在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲（huò）得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可（kě）以任意取出並送回（huí）。刀庫上還設有機械原點，使每（měi）次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機（jī）床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱（chēng）為刀具交（jiāo）換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實（shí）現刀具交換以及采用機械（xiè）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（zài）換刀時（shí）必須首先將用過的刀具送回刀庫，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。而采用機械手換刀裝置在換刀時（shí）能夠同時抓取和裝卸（xiè）機床主軸和刀庫中的刀具，因（yīn）此換刀時間進一步縮短。采用機械手（shǒu）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。機械手能夠完成抓刀（dāo）—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止（zhǐ）刀具掉落，機械手的活動爪（zhǎo）都帶有（yǒu）自鎖機構。

下麵是世界上最現代化的數控機床換刀，換刀無影手！

16位自動換（huàn）刀刀庫

1、刀（dāo）具交換方（fāng）式

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（jù）的裝置（zhì）稱為刀具交換裝（zhuāng）置。刀具的交換方式和它們的具體結構對機床的生產率和工作可靠性（xìng）有著直接的影響。

刀具的交換方式很多，一（yī）般可分為以下兩大類。

（一）無機械手換刀

無機械手換刀，是（shì）由刀庫和機床主軸的相（xiàng）對運動實現的刀具交換。換刀（dāo）時，必須首先（xiān）將用過的刀具（jù）送回刀庫，然後再從刀庫中（zhōng）取出新刀具，這兩個動作不可（kě）能同（tóng）時進行，因此，換刀時間長。所示的數控立式鏜銑床就是采（cǎi）用這種換刀方式的實（shí）例（lì）。它的（de）選刀和換（huàn）刀由三個坐標軸的數控定位係統來完成，因（yīn）此每交換一次（cì）刀具，工作台和主軸箱就必須沿著三個（gè）坐（zuò）標軸（zhóu）作兩次來回運動，因而增（zēng）加了換刀時（shí）間。另外，由（yóu）於刀庫置於工作台上，減（jiǎn）少了工作（zuò）台的有效使用麵積。

（二）機械手換刀

由於刀庫及刀具交換方式的不同，換刀機械手（shǒu）也有多種形式。因（yīn）為機械手換刀有很大的靈活性，而且還可以減少換刀時間（jiān），應用最（zuì）為廣泛。

2、機械手形式

在自動換刀數控機床（chuáng）中，機械手的形（xíng）式也是多種多樣，常見的有以（yǐ）下幾種形式。

1．單臂單爪回轉式機械手

這種機械手的手臂可以回轉不同的角度來進行（háng）自動（dòng）換刀，其手臂上隻有一個卡爪，不論在刀庫上或是在主軸上，均靠這個卡（kǎ）爪來裝刀及卸刀（dāo），因此換刀（dāo）時間較長，如圖2(a)所示。

2．單臂雙爪回轉式機械（xiè）手

這種機械手的（de）手臂上有兩個卡爪，兩個卡爪有所分工（gōng）。一個卡爪隻執行從主軸上取下“舊刀”送回（huí）刀庫的任（rèn）務，另一（yī）個卡爪則執行由刀庫取出“新刀”送到（dào）主（zhǔ）軸的任務。其（qí）換刀時間較上述單爪回轉式機械手要少

3．雙臂回轉式機械手

這種（zhǒng）機（jī）械手的兩臂上各有一個卡爪，兩個卡爪可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，回轉180°後（hòu）又同時將（jiāng）刀具（jù）放回刀庫及裝入主軸。這種機械手換（huàn）刀時間較以上（shàng）兩種單臂機械手均短，是最常用的一種形式。右（yòu）邊的機械手在抓取或將刀具送入刀庫及主軸上，兩臂可（kě）伸縮。

4．雙機械手

這種機械手（shǒu）相當於兩（liǎng）個單臂單（dān）爪機械手，它們（men）互相（xiàng）配合（hé）進行自動換（huàn）刀。其中一個機械手從主軸上取下“舊刀”送（sòng）回刀（dāo）庫，另一個由刀庫中取出“新刀”裝入機（jī）床主軸，

5．雙臂往複交叉式機械手

這（zhè）種機械手的兩手臂可以往複運動，並交叉成一定的（de）角度。一個手臂從（cóng）主軸上取下“舊刀”送回刀（dāo）庫，另一個手臂由刀庫中取出“新刀”裝入主軸。整個機械手（shǒu）可沿某導軌直線移動（dòng）或（huò）繞某個轉軸回轉，以實現由刀庫（kù）與主軸間（jiān）的運刀工作，

6．雙臂端麵夾緊式機械手

這種機械手（shǒu）隻（zhī）是在夾緊部位上與前幾（jǐ）種不同。前幾種機械（xiè）手均靠夾緊刀柄的外圓表麵來抓取刀具，這種機械手則是靠夾緊刀柄的兩個端（duān）麵來（lái）抓取的。

3、機械手夾持結構

在換刀過程中，由（yóu）於機械手抓住刀柄要作快速回轉，要作拔、插刀具的動作，還（hái）要保證刀柄（bǐng）鍵槽（cáo）的角度位（wèi）置（zhì）對準主軸上的驅（qū）動鍵。因此，機械手的夾持部分（fèn）要十分可靠（kào），並保證有適當的夾緊力，其活動爪要有鎖緊裝置，以防止刀具在換刀過程中轉動脫落。機械手夾持刀具（jù）的方（fāng）法有以（yǐ）下兩種。

（一）柄式夾持

柄式夾持（chí），也稱軸向（xiàng）夾持或V形槽夾持。其刀（dāo）柄前端有V形槽，供機械手夾持用（yòng），目（mù）前我國數控機床較多采用這種夾持（chí）方式。機械手手掌（zhǎng）結構示意圖，它由（yóu）固定爪及活動爪組成（chéng），活動爪（zhǎo）可（kě）繞軸回轉，其一端在彈簧（huáng）柱塞的作用（yòng）下（xià），支靠在擋銷上，調整螺釘以保（bǎo）持手掌適當的夾緊力（lì），鎖緊銷使活動爪牢（láo）固地夾持刀柄，防止刀具在交換過（guò）程中鬆脫。鎖緊銷還可軸向移（yí）動，使活動爪放鬆，以便杈刀從刀柄V形槽中退出。

4、自（zì）動（dòng）換刀動作順序

由於自動（dòng）換刀裝置的布局結構多種多樣，其換刀過程動作順（shùn）序會不（bú）盡相同。下麵分別以常見的雙臂往複交叉（chā）式機械手和鉤刀機械手為例用動作分圖加以說明。

（一（yī））雙臂往複交叉式機械手的換刀過（guò）程

（1）開始換刀前狀（zhuàng）態。主軸正用T05號刀具進行加工，裝刀機械手已抓住下（xià）一工步需用的T09號刀（dāo）具，機（jī）械手架處（chù）於最高位置，為換刀（dāo）做好了準備；

（2）上一工步結束，機床立柱後退，主軸箱上升（shēng），使主軸處於（yú）換刀位置。接著下一（yī）工步開始，其第一個指令是換刀，機械手（shǒu）架回轉180o轉向主軸。

（3）卸刀機械手前伸，抓住主軸上已用過（guò）的T05號刀具。

（4）機（jī）械手架由（yóu）滑座帶動，沿刀具軸線前移，將T05號刀具從主（zhǔ）軸上拔出。

（5）卸刀機械手縮回原位。

（6）裝刀機械手前伸，使（shǐ）T09號刀具對準主軸。

（7）機（jī）械手架（jià）後移，將T09號刀具插入主軸。

（8）裝刀機械手縮回原位。

（9）機械手架回轉180o，使裝刀、卸刀機械手轉向刀庫。

（10）機械手架由橫梁帶動下降，找第二排刀套鏈，卸刀機械手（shǒu）將T05號刀具插回P05號刀套中。

（11）刀套鏈轉動（dòng）把在下（xià）一（yī）個工步需用的T46號（hào）刀（dāo）具送到換刀位置（zhì）,機械手一降（jiàng）,找第三排（pái）刀鏈,由裝刀（dāo）機械手將T46號刀具取出。

（12）刀套鏈反轉，把P09號刀套送到換刀位置，同時（shí）機（jī）械手架上升至最高位置，為再下一工步的換刀做（zuò）好準備。

（二）鉤刀（dāo）機械手的換刀過程

作為最常用的一種（zhǒng）換刀形式，換刀一次所需的基本動作如下。

（1）抓刀（dāo）。手臂旋轉90o，同時抓住刀庫和主軸上（shàng）的刀具。

（2）拔刀（dāo）。主軸（zhóu）夾（jiá）頭鬆開（kāi）刀具，機械手同時將刀庫和主軸上的刀（dāo）具（jù）拔出。

（3）換刀。手臂旋（xuán）轉180o，新舊刀具（jù）更（gèng）換。

（4）插刀。機械手同時將（jiāng）新舊刀（dāo）具分（fèn）別插入主軸和刀庫，然（rán）後主軸夾頭夾緊刀具；

（5）複位。轉動手（shǒu）臂（bì），回到（dào）原始位置。