數控機床的自（zì）動換刀裝（zhuāng）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（qǐ）的誤差，必須帶有自動換（huàn）刀裝置。自動換刀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（liàng）足夠、刀庫占地麵（miàn）積小以及安全可靠等（děng）基本要求。

一（yī）、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀（dāo）

回轉刀架（jià）是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控（kòng）車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤（pán）式軸（zhóu）向裝刀刀架等（děng）多種形（xíng）式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的（de）刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上（shàng）必（bì）須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切（qiē）削抗力。由於車削加工（gōng）精（jīng）度（dù）在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說（shuō），加工過程中刀具位置不（bú）進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定（dìng）位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（fù）定位（wèi）精度（一般為0.001～0.005mm）。

一（yī）般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架（jià）轉位及刀架壓緊等。

2．更（gèng）換主軸頭換刀（刀具旋轉為主（zhǔ）運動）

更換主軸換刀是帶有（yǒu）旋（xuán）轉（zhuǎn）刀具的數（shù）控機床的一種比較簡（jiǎn）單的換刀（dāo）方式。這種主軸頭實際（jì）上就（jiù）

是一個（gè）轉塔刀庫。

主軸頭有（yǒu）臥式和立式兩種（zhǒng），通常用轉塔的轉位來更換主軸頭（tóu），以實現（xiàn）自動換刀。在轉（zhuǎn）塔（tǎ）的各（gè）個主軸上，預先安（ān）裝有各工序所需要的旋轉（zhuǎn）刀（dāo）具，當發出換刀指令時，各主軸頭（tóu）依次地轉到加工位置，並接通主運動，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動脫（tuō）開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸（xiè）刀、裝刀以及刀（dāo）具（jù）搬（bān）運等一係列的複雜操作（zuò），從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的（de）可靠（kào）性。但是由於空間（jiān）位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛性（xìng）。為了保證主軸的剛性，必須（xū）限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通（tōng）常隻適用於工序（xù）較少、精（jīng）度要求（qiú）不太高的機床，例如數（shù）控鑽、銑床（chuáng）等（děng）。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換（huàn）刀裝置容納的刀具數量不能太（tài）多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機（jī）床多（duō）采用（yòng）帶（dài）刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫（kù）的自動換刀裝（zhuāng）置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較（jiào）為複雜。首先要把加工過程中使用的（de）全部刀具分別安裝（zhuāng）在標準刀柄上（shàng），在機（jī）外進行尺寸預調（diào）整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀（dāo）裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝（zhuāng）入（rù）主軸，舊刀放回（huí）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。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機（jī）床的主軸箱內隻有一根主軸（zhóu），主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進（jìn）行複（fù）雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶（dài）刀（dāo）庫的自動換刀係（xì）統適用於數控鑽削中心和加工（gōng）中心。

二、刀庫（kù）和刀具的選擇方式

1.刀庫類型（xíng）

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（dāo）具的（de）互換。刀（dāo）庫的類型有盤式刀庫、鏈（liàn）式刀庫（kù）等多種形式，刀庫（kù）的形式和容量要根（gēn）據機床的工藝（yì）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的位置（zhì），使主軸上的刀具正好對準刀庫最（zuì）下麵的那個位置，刀具被夾住，主（zhǔ）軸在CNC的控製（zhì）下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上（shàng）的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具（jù）旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新（xīn）刀具插入主（zhǔ）軸孔中，主軸夾（jiá）緊刀柄，主軸箱（xiāng）下降到工作位置，完成換刀（dāo）任務，進行（háng）下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較（jiào）好；缺點是（shì）換刀時間長，適用於刀（dāo）庫容量較小的加工中心。

對（duì）於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊（jǐn）湊（còu），刀庫容（róng）量較大，鏈環（huán）的形狀可根據機床（chuáng）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（yào）增加刀具數量時（shí），隻（zhī）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（shì）

一般的刀庫（kù）內存放有多（duō）把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的（de）選刀方法（fǎ）有順序選刀和任意 選刀兩種，順（shùn）序選刀是在加工之前（qián），將加工零件（jiàn）所需（xū）刀具按照工藝要求依次插入刀（dāo）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（xīn）調整刀庫中的刀具順序。其優點（diǎn）是刀庫的驅動和控製都（dōu）比較簡（jiǎn）單。因此，這種方式適合加工批（pī）量（liàng）較（jiào）大（dà）、工（gōng）件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大（dà）多數的數控係統都采用任意選（xuǎn）刀的方（fāng）式，其分為刀套編碼、刀具編（biān）碼和（hé）記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀（dāo）套編（biān）碼需（xū）要在刀具或刀（dāo）套上安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。刀具編碼選刀方式（shì）采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀（dāo）具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下（xià）的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都（dōu）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（fāng）式是一把（bǎ）刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放（fàng）回（huí）同一刀套中，取送（sòng）刀（dāo）具十分麻煩，換刀（dāo）時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方（fāng）式能將刀具號和刀庫（kù）中的刀套位置對應地記憶在數控係（xì）統的PLC中，無論刀具（jù）放在哪（nǎ）個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置（zhì）檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以（yǐ）任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使（shǐ）每次選刀時就近選取。

三、刀具交換（huàn）裝置

數控機（jī）床的（de）自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主（zhǔ）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（fāng）式有兩種：由刀庫與機床主軸的（de）相對運動實現刀具交換以及采（cǎi）用機械手交換刀具。利用（yòng）刀庫與機床主軸的相對運動（dòng）實現刀（dāo）具交換的裝置在換刀（dāo）時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀（dāo）庫中取出新刀具（jù），兩個動作不能同時進行，換（huàn）刀（dāo）時間較長（zhǎng）。而采用機械手換（huàn）刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸（xiè）機床主軸和刀（dāo）庫中的刀具，因此（cǐ）換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的（de）方式應用最廣泛。這是（shì）因為機械手換刀靈活，動作快，而且（qiě）結構簡單。機械（xiè）手能夠完成抓刀—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（zhǎo）都帶有（yǒu）自鎖機構。