​數（shù）控機床（chuáng）的自動換刀裝置，你認識幾種？

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數控機（jī）床為了能在工件一次裝夾（jiá）中（zhōng）完成多道加工工序，縮短（duǎn）輔（fǔ）助時間，減少多次安裝工件（jiàn）所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝（zhuāng）置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具（jù）重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小（xiǎo）以及安全可（kě）靠等基本要求。

一（yī）、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架（jià）是一（yī）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（jià）、六角刀架或圓盤（pán）式軸向裝刀刀架等多種形式（shì）。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更（gèng）多的刀（dāo）具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須（xū）具有良好的強度和剛度（dù），以承受粗加工（gōng）時的切削抗力。由於車削加工精（jīng）度在很大程（chéng）度上取決（jué）於刀尖位（wèi）置，對於數控車床來說，加（jiā）工過程中刀具位（wèi）置不進行人工調整（zhěng），因（yīn）此更有必要選擇可靠的（de）定位方案和合理的定位結構，以保（bǎo）證回轉刀架在每次轉位之（zhī）後，具有盡（jìn）可能高（gāo）的重複定（dìng）位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉（zhuǎn）刀架的換（huàn）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（huàn）刀（dāo）（刀具旋轉為主運動）

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。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更（gèng）換主（zhǔ）軸頭（tóu），以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝（zhuāng）有各工序（xù）所需要的旋轉刀具（jù），當發出換刀指令時，各（gè）主軸頭依次地轉到加工（gōng）位置，並（bìng）接通主運動（dòng），使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運（yùn）動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝（zhuāng）刀以及刀具（jù）搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀（dāo）時間（jiān），並提高了換（huàn）刀的可靠（kào）性。但是由於空間位（wèi）置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大（dà），因而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性（xìng），必須限製主軸的數目，否（fǒu）則會使結構尺（chǐ）寸增大。因此，轉塔主軸（zhóu）頭通常隻適（shì）用於工序較少、精度要（yào）求不太高的（de）機床，例如數控鑽、銑（xǐ）床等（děng）。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架（jià）、轉塔頭式（shì）換刀裝置容納的刀具數量不（bú）能太（tài）多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀（dāo）數控（kòng）機床多采（cǎi）用帶刀庫（kù）的自動換刀裝置。帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀（dāo）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安裝在標（biāo）準刀柄上（shàng），在機外進行尺寸預調整（zhěng）後，按一定的（de）方式放入（rù）刀（dāo）庫。換刀時，先在刀（dāo）庫（kù）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，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀（dāo）庫具有較大的容量（liàng），既可安裝在主軸箱的側麵（miàn）或上方。由於帶刀（dāo）庫的自動（dòng）換刀裝置的數控機床的（de）主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿（mǎn）足精密加工要求。

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（jiā）工，大大提高了機床的適應性和加工效率。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（kù）和刀具的選擇（zé）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的（de）互（hù）換。刀庫的類型有（yǒu）盤（pán）式刀（dāo）庫、鏈（liàn）式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容（róng）量要根據（jù）機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀（dāo）庫，刀具的方向與主軸（zhóu）同向，換刀時主（zhǔ）軸箱上升到一定的位置，使（shǐ）主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具（jù）被夾住，主軸（zhóu）在CNC的（de）控製下，鬆開（kāi）刀柄，盤式（shì）刀庫向前運動，拔出主（zhǔ）軸上的刀（dāo）具，然（rán）後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀（dāo）庫後退（tuì）將新刀具插入主軸（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，進行下道工序的（de）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；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小（xiǎo）的加工中心（xīn）。

對於刀庫容量需要較大（dà）的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈（liàn）式刀庫（kù）的（de）結構緊湊，刀庫（kù）容量較大，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（biàn）於換刀。當需（xū）要增加刀具（jù）數量時，隻需增（zēng）加鏈條（tiáo）的長度即可，給刀庫設計（jì）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，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方（fāng）法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在（zài）加工之前，將加工零（líng）件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀（dāo），加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀（dāo）具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較（jiào）大、工件品種數（shù）量（liàng）較少的中、小型（xíng）數控機床的自動換（huàn）刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係統都采用任（rèn）意選刀的方式，其分為刀套（tào）編碼、刀具編碼（mǎ）和記憶式等三種（zhǒng）。

3. 刀具編碼方式

刀具（jù）編碼（mǎ）或刀套編碼需要（yào）在刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都是根據（jù）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的刀柄結構，並對每（měi）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（duō）次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的（de）容量也可相應減少。但（dàn）每把刀具上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雜。刀套編碼的方式是一把刀（dāo）具隻對應一個刀套，從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。目前在加工（gōng）中心上大量使用記憶式的方式（shì）。這（zhè）種方式能將刀具號（hào）和刀庫中的（de）刀套位置對應（yīng）地（dì）記憶在數控係統的PLC中，無（wú）論刀具（jù）放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存（cún）在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲（huò）得每個刀套的（de）位置信息。這樣刀具就可以（yǐ）任意取出並送回。刀庫上還（hái）設（shè）有機械原點，使每次選刀時（shí）就近選取。

三、刀具交換裝置

數（shù）控機床的自動換（huàn）刀裝置中，實現（xiàn）刀庫與機床主軸之間傳遞和裝（zhuāng）卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的（de）交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動（dòng）實現刀具交換以（yǐ）及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（xiàn）刀（dāo）具（jù）交換（huàn）的裝置在換刀（dāo）時必須首先將用過的刀具送（sòng）回（huí）刀庫，然後再從刀庫中取出新（xīn）刀（dāo）具，兩（liǎng）個動作不能（néng）同時進行，換（huàn）刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同（tóng）時（shí）抓取和裝卸機床主軸和刀（dāo）庫中的刀具，因此換刀（dāo）時間進一步縮短。采（cǎi）用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。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（fǎn）回等一（yī）係列動作。為了防（fáng）止刀具掉落，機械手的活動爪都（dōu）帶有自鎖機構。