​CNC數控機床的自（zì）動換刀（dāo）裝置及其刀具（jù）係統（tǒng）！

一、鬥笠式刀庫

一般隻能存16~24把刀具（jù），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，主軸向上移動脫離（lí）刀具，這時刀庫轉動。當要換的（de）刀具對正主軸正下方時主（zhǔ）軸（zhóu）下移，使刀具進入主軸錐孔內，夾緊（jǐn）刀具後，刀庫退回原來的位置。

二、圓盤式刀庫

圓盤式刀（dāo）庫通常應用在（zài）小（xiǎo）型（xíng）立式綜合加工機上。"圓盤刀庫"一般（bān）俗（sú）稱"盤式刀庫"，以便和"鬥笠式刀庫"、"鏈條式刀庫（kù）"相區分。圓盤式（shì）的刀庫容量不大，頂多二、三十把刀。需搭配自（zì）動換刀（dāo）機構ATC(AutoToolsChange)進行刀具交換。

三、鏈（liàn）條（tiáo）式刀庫

鏈條式刀庫的特點是可儲（chǔ）放較多數量之刀具，一般都在（zài）20把以上，有些可儲放（fàng）120把（bǎ）以上。它是藉由鏈（liàn）條將要換的刀具傳到指（zhǐ）定位置，由（yóu）機械手將刀（dāo）具裝到主軸上。換刀動作均采（cǎi）用馬達加（jiā）機加工中心使（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（zì）動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用（yòng）於數（shù）控車床。可以設計成四方刀架、六角（jiǎo）刀架或（huò）圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架（jià）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（zài）結構上必須具有良好的強度和（hé）剛度，以承受粗加工時的切削抗（kàng）力。由於車削加工精度（dù）在很大（dà）程度（dù）上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加（jiā）工過程中刀具位置不進行人工調（diào）整（zhěng），因此更有必要選（xuǎn）擇可靠的定（dìng）位方案和合（hé）理的定位結（jié）構，以保證（zhèng）回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（dù）（一般為0.001～0.005mm）。

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

2．更（gèng）換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運（yùn）動）

更換（huàn）主軸（zhóu）換（huàn）刀是帶有旋轉刀具的（de）數控機床的一種比較簡（jiǎn）單的換刀方式。這種主軸頭實際（jì）上就是一個轉（zhuǎn）塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸（zhóu）上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀（dāo）具，當發出換刀指令時，各主軸（zhóu）頭依次地轉到加工位置，並接通主運動（dòng），使（shǐ）相應的主軸（zhóu）帶動（dòng）刀具旋轉。而其它處於不（bú）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，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作（zuò），從而（ér）縮短（duǎn）了換刀時間，並提高了換（huàn）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不能太（tài）大，因而影響了主軸（zhóu）係（xì）統的剛性。為了保證主（zhǔ）軸的（de）剛（gāng）性，必須限製主（zhǔ）軸（zhóu）的數目，否則會（huì）使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭（tóu）通（tōng）常隻適用（yòng）於（yú）工序較少、精度要求不太高（gāo）的機床，例如數控鑽、銑（xǐ）床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回（huí）轉刀架、轉塔頭式換刀裝置（zhì）容（róng）納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件（jiàn）的加工需要，因此，自動換刀數控（kòng）機床多采（cǎi）用帶刀庫的（de）自動換刀裝置。帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置由刀（dāo）庫和（hé）換刀機（jī）構組（zǔ）成，換刀過程較為複雜（zá）。首先要把加（jiā）工（gōng）過程中使用的全部刀具（jù）分別安裝在標（biāo）準刀（dāo）柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式（shì）放入刀庫。換刀時（shí），先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，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（jì）可安裝在主軸（zhóu）箱的側麵或上方。由於帶（dài）刀庫的自（zì）動換刀裝置（zhì）的數控機床的（de）主軸箱內隻有（yǒu）一根主軸，主軸部件的剛度（dù）要高，以滿足精密加工要（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，大大提高了機床的適（shì）應性和加（jiā）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（èr）、刀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（dāo）具，通過機械手實現與主（zhǔ）軸上刀具的互換（huàn）。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式（shì）刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向（xiàng）與主軸同向，換刀時主軸箱上升（shēng）到一定的（de）位（wèi）置，使主軸（zhóu）上的刀具正好對（duì）準刀庫最下麵的那個位置（zhì），刀（dāo）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的刀具旋轉至與（yǔ）主軸對準的位置，刀庫後退將新刀（dāo）具插入主軸（zhóu）孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換（huàn）刀任務（wù），進行下道工序的加工。此換刀（dāo）裝置（zhì）的優（yōu）點是結構簡單，成本較（jiào）低，換刀可（kě）靠性較好；缺點（diǎn）是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀（dāo）庫，鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機（jī）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（de）長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便（biàn）。

2.刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把（bǎ）刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順（shùn）序選刀和任意選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零件（jiàn）所（suǒ）需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按（àn）順序調刀（dāo），加工不同的工件時必須（xū）重新調整刀庫中的刀具（jù）順（shùn）序。其優（yōu）點是刀庫的驅動（dòng）和控製都比較簡單。因此，這種方（fāng）式適（shì）合加工批量較大、工件品種數量較少的中（zhōng）、小型數控機床的自動換刀。

隨（suí）著數（shù）控係統的發展，目前大多數的數控係統都（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三種。

3.刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需（xū）要在刀具或刀套上安（ān）裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原理（lǐ）進行編碼。刀具編碼（mǎ）選刀方式采用了（le）一種特殊的刀柄結（jié）構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自（zì）己的代碼，因而刀（dāo）具可在不同的工序中多次重複使用（yòng），換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容（róng）量（liàng）也可相應減少。但每把刀具（jù）上（shàng）都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複（fù）雜。刀套編碼的方（fāng）式是一把刀具隻對應（yīng）一個（gè）刀套，從一個刀套中取出的（de）刀具必須（xū）放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時（shí）間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的（de）方式。這種方式能（néng）將刀具號和刀（dāo）庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無（wú）論刀具放（fàng）在哪個刀套內（nèi），刀具（jù）信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可（kě）獲得每個刀套的位置（zhì）信息。這（zhè）樣刀具就可以任意取出（chū）並送回。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（kòng）機床（chuáng）的自動換刀裝置（zhì）中，實現刀庫與機床主軸之間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（shì）有兩種（zhǒng）：由刀庫與機床（chuáng）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（dāo）具。利用刀庫與機（jī）床（chuáng）主軸的相對運動實（shí）現刀具交換的裝置（zhì）在（zài）換刀時必須首先將用（yòng）過的刀具（jù）送（sòng）回刀庫，然後再從（cóng）刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同（tóng）時進行，換刀時間較長。而采用機（jī）械手換刀裝（zhuāng）置在（zài）換刀時能夠同時抓取和裝（zhuāng）卸機床主（zhǔ）軸和刀庫中的（de）刀具，因此換刀時間進一步（bù）縮短。采用機械手進行刀（dāo）具交（jiāo）換的方式應用最廣泛。這是因為（wéi）機械手換刀靈活，動作（zuò）快，而且結（jié）構簡單。機械手（shǒu）能夠完（wán）成抓刀—拔刀—回轉—插（chā）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（yǒu）自（zì）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位自動換刀刀庫

1、刀具交換方式

數控機床的自動（dòng）換刀裝置中，實現刀庫與（yǔ）機床主軸之間傳遞和（hé）裝卸刀具（jù）的裝置稱（chēng）為刀（dāo）具交換裝置。刀具的交換方式（shì）和它們的具體結構對機床的生產率和工作可靠性有著直接的影響。

刀（dāo）具的交換方式很多，一般可（kě）分為以（yǐ）下兩大類。

（一）無（wú）機械手換刀

無（wú）機械手換刀，是由刀庫和機床主軸的相對（duì）運動實現的刀（dāo）具交換。換刀時，必（bì）須（xū）首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，這兩個（gè）動作（zuò）不可能同時進行，因此，換刀時間（jiān）長。所示的數控立式鏜銑床就是采用這種換刀方式的實（shí）例。它的選刀和換刀（dāo）由三個坐標軸的數控定位係統（tǒng）來（lái）完成，因此每交換一次刀具，工作台和主軸箱就必須沿著三個坐標（biāo）軸作（zuò）兩次來回運動，因而增加了換刀時（shí）間。另外，由於刀庫置於工作台上，減少了工作台的有效使用（yòng）麵積。

（二（èr））機械手換刀

由於刀庫及刀具交（jiāo）換方式的不同，換（huàn）刀機械手也有多種形式。因為機械手換刀有很大的靈活性，而且還可以減少換（huàn）刀時間，應用最為廣泛。

2、機械手形（xíng）式

在自動換刀數控機床中，機械手的形式也是多種多樣，常見的有（yǒu）以下幾種形式（shì）。

1．單臂單爪回轉式機械手

這種機（jī）械手的手臂可以回轉不同的角度來進行自動換刀，其手（shǒu）臂上隻有一（yī）個卡爪，不論在刀庫上或是在主軸上，均靠這個卡爪來裝刀（dāo）及卸（xiè）刀，因（yīn）此換刀時間較長，如圖2(a)所示。

2．單臂雙爪回轉式機械手（shǒu）

這種機械手的手臂（bì）上（shàng）有兩個（gè）卡爪（zhǎo），兩（liǎng）個卡爪有所分工。一個卡爪隻執行（háng）從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務，另一個卡爪則（zé）執行由刀庫取出“新（xīn）刀”送到主軸（zhóu）的任務。其換刀時（shí）間較上述單爪回轉式機（jī）械手要少

3．雙臂回轉式機械手（shǒu）

這種機（jī）械手的兩臂上各有（yǒu）一個卡爪，兩個卡爪可同時抓取刀（dāo）庫及主軸上（shàng）的刀具，回轉180°後又同時將（jiāng）刀具放回刀庫及裝入主軸。這種機械手換刀時間較以上兩種單臂機械手均短，是最常用的一種形式（shì）。右邊的（de）機械手在抓取或將刀具送入刀庫及主軸上，兩臂可伸縮。

4．雙機械手

這種機械手相當於兩個單臂單爪機械手，它們互相配合進行自動換刀。其（qí）中一個機（jī）械手從主軸上取下（xià）“舊刀”送（sòng）回刀庫，另一個由刀庫中取出“新刀（dāo）”裝入機（jī）床主（zhǔ）軸（zhóu），

5．雙（shuāng）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，並交叉成一定的角度。一個手臂從主軸上取下“舊刀”送回刀庫，另一個手臂由刀庫中取（qǔ）出“新刀”裝入主軸。整個機械手可沿某導軌直線移動或繞（rào）某個轉軸回（huí）轉，以實現由刀庫與主軸間的運刀工作，

6．雙臂端麵夾緊式（shì）機械手

這種機械手隻是（shì）在夾緊部位上與前幾種不同。前幾（jǐ）種機械手均靠夾緊刀柄的（de）外（wài）圓表麵來抓取刀具，這種機械手則是（shì）靠夾緊刀柄的兩個端麵（miàn）來抓取的。

3、機械手夾持結構

在（zài）換（huàn）刀過程中，由於（yú）機械手抓住刀柄要作快速回轉，要作拔、插刀具的動作，還要保證刀柄鍵槽的角度位置對準主軸上的（de）驅（qū）動鍵（jiàn）。因此，機（jī）械手的夾持部分要十分可靠，並保證有適當的夾緊力（lì），其活動爪要有鎖緊裝置，以防止刀具在換刀過程中轉（zhuǎn）動（dòng）脫落。機械手夾持刀（dāo）具的方法有以下兩種。

（一）柄式夾持

柄式夾（jiá）持，也稱軸向（xiàng）夾持或（huò）V形（xíng）槽（cáo）夾持。其（qí）刀柄前端有V形槽，供機械手夾持用，目（mù）前我國數控（kòng）機床較多采用這種夾持方式。機械手手掌（zhǎng）結構示意圖，它由固定爪及活（huó）動爪組成，活動（dòng）爪可（kě）繞軸回（huí）轉，其（qí）一端在彈簧柱塞的作用下，支靠在擋（dǎng）銷上，調整螺釘以保持手掌適當的夾緊力，鎖緊銷使活動爪牢固地夾持刀柄，防止刀具在交換過程中鬆脫。鎖緊銷還可軸向移動，使活動爪放鬆，以便（biàn）杈刀從刀柄V形槽中退出。

4、自（zì）動換刀動作（zuò）順序

由於自動換刀裝置的布局結（jié）構多種多樣，其換刀過程動作順序會不盡相同。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（dòng）作分圖加以（yǐ）說明。

（一）雙臂往複（fù）交叉式機械（xiè）手的換刀過程

（1）開（kāi）始換刀前狀態。主軸正用T05號刀具進行加工（gōng），裝刀機械手已抓住下一工步需用的T09號刀具（jù），機械手（shǒu）架處於最高位（wèi）置，為（wéi）換刀做好了準備；

（2）上一工步結束，機床立柱後（hòu）退，主軸箱上升，使主軸處於換（huàn）刀（dāo）位置。接著下一工步（bù）開始，其第一個指（zhǐ）令是換刀，機械手架回轉180o轉向主軸。

（3）卸刀機械手前伸，抓住（zhù）主軸上已用過的T05號刀具。

（4）機械手架由滑座帶（dài）動，沿刀具軸線前移（yí），將T05號刀具從（cóng）主軸上拔出。

（5）卸刀機械手縮（suō）回原位。

（6）裝刀（dāo）機（jī）械手前伸，使T09號刀具對（duì）準主軸。

（7）機（jī）械手架後移，將T09號（hào）刀具（jù）插入主軸。

（8）裝刀機械（xiè）手縮回原位。

（9）機械手（shǒu）架（jià）回轉（zhuǎn）180o，使裝刀、卸刀機械手轉向刀庫（kù）。

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

（11）刀套鏈轉動把在下（xià）一個工步需用的T46號刀具送到換刀位置,機械手一降,找第三排刀鏈,由裝刀（dāo）機械手（shǒu）將T46號刀具（jù）取出。

（12）刀套鏈反轉，把P09號刀套送到換刀位置，同時機械手架上升至最高（gāo）位置，為再下一工步的換刀（dāo）做好準備。

（二）鉤刀機械手的換刀過程（chéng）

作為最常用的一種換刀形式，換刀一次所需的基本動作（zuò）如下。

（1）抓刀。手臂旋轉90o，同時抓住刀（dāo）庫和（hé）主軸上的刀具。

（2）拔刀。主軸夾（jiá）頭鬆開刀具，機械手同時將刀庫和主（zhǔ）軸（zhóu）上的（de）刀具拔出。

（3）換刀（dāo）。手臂旋轉180o，新舊刀（dāo）具更換。

（4）插（chā）刀。機械手同時（shí）將新舊刀具分別插入主軸（zhóu）和刀庫，然後主軸夾頭夾緊刀具；

（5）複（fù）位。轉動手臂，回到原始位置（zhì）。