數控（kòng）機床的自動換刀裝置，你認識幾（jǐ）種？

數控機床為了能在工件一次裝（zhuāng）夾中完成多道加工工序，縮（suō）短（duǎn）輔助時間，減少多次安裝工件所（suǒ）引（yǐn）起的誤差，必須帶有自動換刀裝置（zhì）。自動換刀裝置（zhì）應當滿足換（huàn）刀時間短、刀具（jù）重複定位精度高、刀具儲存量（liàng）足夠、刀（dāo）庫占地麵積小以及安全（quán）可靠等（děng）基本要求。

一、自動換刀裝置（zhì）的形式

1．回轉刀架換刀（dāo）

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝（zhuāng）置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角（jiǎo）刀（dāo）架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

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（shí）的切削抗力。由於（yú）車削加工精度在很大程度（dù）上取決於刀（dāo）尖位置，對於數（shù）控車床來說，加工過（guò）程中刀具位置不進（jìn）行人工（gōng）調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理（lǐ）的定位結構，以保證（zhèng）回轉刀架在每次轉位（wèi）之後，具（jù）有盡可能高的（de）重複定（dìng）位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情（qíng）況下，回轉刀架（jià）的換刀動作包括刀（dāo）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（dāo）是（shì）帶有旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的（de）換（huàn）刀方式（shì）。這種主（zhǔ）軸頭實際上就

是（shì）一個轉塔刀（dāo）庫。

主（zhǔ）軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更（gèng）換（huàn）主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有（yǒu）各工序所需要的旋轉（zhuǎn）刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地（dì）轉到加工（gōng）位置，並接通主運動，使相（xiàng）應的主軸（zhóu）帶（dài）動刀具旋轉。而其它處於不加（jiā）工位（wèi）置（zhì）上的主軸都與主運動脫開（kāi）。

這種更換主軸（zhóu）換刀裝置，省去了自動鬆（sōng）、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但（dàn）是（shì）由於（yú）空間位置的限製，使主（zhǔ）軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為了（le）保證主軸的剛性，必須限製主（zhǔ）軸的數目，否（fǒu）則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於（yú）工序較少（shǎo）、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係（xì）統

由於回轉刀（dāo）架、轉塔頭（tóu）式換刀裝置容納的刀（dāo）具數量不能太多，不能滿足複雜零（líng）件的（de）加工需要，因此，自（zì）動換刀數控（kòng）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（dāo）裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複（fù）雜。首先要把加工過程（chéng）中使用的（de）全部刀具分別安裝在標準（zhǔn）刀柄上，在機外（wài）進行尺寸（cùn）預調整（zhěng）後，按一定的方式放（fàng）入刀庫。換刀（dāo）時，先在刀庫中選（xuǎn）刀，再由換刀裝置從刀庫或主（zhǔ）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，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自（zì）動換刀裝置的數控機床的主（zhǔ）軸箱內隻有一（yī）根主軸，主軸部（bù）件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大（dà），因而能夠進行複（fù）雜零件的多（duō）工序加工，大大提高了機床的適應性和加工（gōng）效率。帶刀庫的自動換刀係（xì）統（tǒng）適用於（yú）數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和（hé）刀具的選擇方式

1.刀庫（kù）類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通（tōng）過機械手（shǒu）實現與主軸上刀具的互（hù）換。刀庫的類型有盤（pán）式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根（gēn）據（jù）機床的工藝範圍來（lái）確（què）定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀（dāo）具的方向與主軸同向，換刀時主軸（zhóu）箱上升到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫（kù）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（shì）刀庫向前運動（dòng），拔出主軸上的刀具（jù），然後刀庫將（jiāng）下一個（gè）工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具（jù）插（chā）入主軸孔中，主軸夾（jiá）緊刀柄，主軸箱下降到工作位置（zhì），完（wán）成（chéng）換刀任務，進行（háng）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（kě）靠性較好（hǎo）；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀（dāo）庫容量需要（yào）較大的加工中心（xīn）可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀（zhuàng），也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量（liàng）時，隻需增加鏈條（tiáo）的（de）長度即可，給刀（dāo）庫設計與製造帶來了方便（biàn）。

2. 刀具的選擇方式

一（yī）般的刀庫（kù）內存放有多把刀具，每次換（huàn）刀前要進行選刀，常用的選刀方法有（yǒu）順序選刀和任意 選刀兩種，順序選（xuǎn）刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工（gōng）藝要（yào）求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不（bú）同的工件時必（bì）須重新調整刀庫中的刀具順序。其（qí）優點是刀庫的驅動和控製都比較（jiào）簡單。因此（cǐ），這（zhè）種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小（xiǎo）型數控機床的（de）自動（dòng）換刀。

隨著數控係統的（de）發展，目前大多數的數控係統（tǒng）都采（cǎi）用（yòng）任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具（jù）編碼和記憶式等三種。

3. 刀具（jù）編碼方式

刀（dāo）具編碼或刀套編碼需要在（zài）刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都是（shì）根據二（èr）進製編碼的原理進行編（biān）碼。刀具編碼選（xuǎn）刀方式采用了（le）一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼（mǎ）。每把刀具都具有自己的代碼，因而（ér）刀具（jù）可在不同的工序中多次重複使用，換下的（de）刀具不用放回原（yuán）刀座，刀庫（kù）的容（róng）量也可相應減少。但（dàn）每把（bǎ）刀具上都帶有專用（yòng）的編碼環，刀具（jù）長度加長（zhǎng），製造困難，刀庫和機械（xiè）手的結構變複雜。刀套編碼的方式（shì）是一把刀具（jù）隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放（fàng）回同一刀套中，取送刀具（jù）十分麻煩，換（huàn）刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種（zhǒng）方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的（de）PLC中，無（wú）論刀具放在哪個刀套內（nèi），刀具信（xìn）息都始終記存在PLC內。刀（dāo）庫上裝有位置檢測裝置，可獲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。刀（dāo）庫上還設有機械原點，使每次選（xuǎn）刀時就近（jìn）選取。

三、刀具交換裝置

數控（kòng）機床的自動換刀裝置中（zhōng），實（shí）現刀庫與機床主軸（zhóu）之（zhī）間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為（wéi）刀（dāo）具交（jiāo）換裝置。刀（dāo）具的交換方式有兩種：由刀庫與（yǔ）機床主軸的相對運動（dòng）實現刀具交換以及采用機（jī）械手交換刀具。利（lì）用刀（dāo）庫與機床主軸（zhóu）的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首先將（jiāng）用過的刀具送回（huí）刀庫，然後再從刀（dāo）庫（kù）中取出新刀具，兩個動作不能同（tóng）時進行，換刀時間（jiān）較長（zhǎng）。而采用機械手換（huàn）刀（dāo）裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床（chuáng）主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采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—拔刀—回轉—插（chā）刀—返回等一係列動作。為了防止刀具（jù）掉落，機械手的（de）活動爪都帶有自鎖機（jī）構。