​數控機（jī）床的自動換刀裝（zhuāng）置，你（nǐ）認識幾種？

　　

數控機床為了能在工件一次裝（zhuāng）夾中完成多道加（jiā）工工序，縮短（duǎn）輔助（zhù）時間，減少多（duō）次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。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（zú）夠、刀庫占地麵積小以（yǐ）及安（ān）全（quán）可靠等基（jī）本要求（qiú）。

 

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

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

回轉刀架（jià）在結（jié）構上必須具有良好的強度和剛度，以（yǐ）承受粗加工時（shí）的切削抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工（gōng）調（diào）整（zhěng），因（yīn）此更（gèng）有（yǒu）必要選擇可靠（kào）的定位方（fāng）案和合理的定位結構，以保證回轉（zhuǎn）刀（dāo）架在每次轉位之後，具有（yǒu）盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

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

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更（gèng）換主軸（zhóu）換刀是帶有旋轉刀具的數（shù）控機床的一種（zhǒng）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（zhuǎn）塔的轉位來更換主軸頭，以（yǐ）實現（xiàn）自動換刀。在轉塔的各個（gè）主軸上，預先安裝有各工（gōng）序（xù）所（suǒ）需要的旋轉刀具，當發出換刀指令（lìng）時，各主軸頭依次地轉到加工（gōng）位置（zhì），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（wèi）置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換（huàn）主軸換刀（dāo）裝置，省去（qù）了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及（jí）刀具搬運等一係列的複（fù）雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使（shǐ）主軸部件（jiàn）結構尺寸不能太大，因（yīn）而影響（xiǎng）了主軸係（xì）統（tǒng）的剛性。為（wéi）了保證主軸的剛性，必須限製主軸的（de）數目，否則會使結構尺寸增大。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床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足（zú）複雜零件的加工需要，因此，自（zì）動換刀數控機床多采用帶（dài）刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置。帶（dài）刀（dāo）庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為（wéi）複雜。首先要把（bǎ）加工過程（chéng）中使用的全部刀具分別（bié）安裝在標準刀柄上，在（zài）機外進行尺寸預調整後，按一定的（de）方式放入（rù）刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出（chū）刀具（jù），進行（háng）交換，將新刀裝入主軸，舊（jiù）刀放回刀庫（kù）。刀庫具有較大的容量（liàng），既可安裝在（zài）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床的主軸箱內隻有（yǒu）一根主軸，主軸部件的（de）剛度要高，以（yǐ）滿足精密加工要求。

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（xì）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

刀庫（kù）的作用是儲備一定數量的（de）刀具（jù），通過機械手實現與主軸（zhóu）上刀具的互換。刀庫的類型有盤（pán）式刀庫、鏈式刀庫等多種（zhǒng）形（xíng）式（shì），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，刀具的方向與主軸同向（xiàng），換刀（dāo）時主軸箱上升到一定（dìng）的位置，使主軸上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（bǐng），盤式（shì）刀庫向前運動，拔出主軸上的（de）刀具，然後刀庫將下一個工序所用的（de）刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀（dāo）庫後退將（jiāng）新刀具插入主軸（zhóu）孔（kǒng）中，主軸夾緊刀柄，主（zhǔ）軸箱（xiāng）下降到工（gōng）作位置（zhì），完成換刀任務，進（jìn）行下道工序的加工。此（cǐ）換刀裝置的優點是結構（gòu）簡（jiǎn）單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是（shì）換刀時間長，適用（yòng）於刀庫容量較小的（de）加工（gōng）中心。

對於（yú）刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形（xíng）狀可根據機床的（de）布局製成各種形狀，也可將換刀位（wèi）突出以（yǐ）便於換刀。當需要增加刀具數（shù）量時（shí），隻需增（zēng）加鏈條的長度即可，給刀（dāo）庫設計與製造帶來了方（fāng）便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀（dāo）庫內存放有多（duō）把刀具，每次換（huàn）刀前要進行選刀，常用的選刀（dāo）方法有順序選刀和任意 選刀兩（liǎng）種，順序選（xuǎn）刀是在加工之前，將（jiāng）加工（gōng）零件所需刀具按照工藝要（yào）求依次插入刀庫的刀（dāo）套中，加（jiā）工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀（dāo）庫中的刀具順序。其優點是刀庫的（de）驅（qū）動和控製都比較（jiào）簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中（zhōng）、小型數控機（jī）床的自動換刀（dāo）。

隨著數控係統的發展，目前（qián）大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其（qí）分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等（děng）三種。

3. 刀具編碼（mǎ）方式

刀具（jù）編碼或刀（dāo）套編碼需要在刀具（jù）或刀套上安裝用（yòng）於識別的編碼條（tiáo），一（yī）般都是根據（jù）二進製編碼的原理進（jìn）行編（biān）碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的（de）刀柄結構，並對每把（bǎ）刀具編碼（mǎ）。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同（tóng）的工序中多次重複（fù）使用，換下的刀具不用放回原刀座（zuò），刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編（biān）碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的（de）結構變複雜。刀套編碼的方式是（shì）一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套（tào）中取出的刀具必須（xū）放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式（shì）的方式。這種方式能將（jiāng）刀具號和刀庫中（zhōng）的刀套位（wèi）置對應（yīng）地記憶在數（shù）控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信（xìn）息都始終記存在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。這樣刀具就可以任（rèn）意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使（shǐ）每次（cì）選刀時就近選取。

 

三、刀具交（jiāo）換（huàn）裝置（zhì）

數控機床的自（zì）動換刀裝置中，實現（xiàn）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（fāng）式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及采用（yòng）機械手交換刀具。利用刀庫與機床（chuáng）主軸的相對運動實現刀（dāo）具交換的裝置在換刀時必須（xū）首先將用過的刀具送回刀庫，然（rán）後再從刀庫中取出新（xīn）刀（dāo）具，兩個動作不能同（tóng）時進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀（dāo）時（shí）能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀（dāo）庫（kù）中的（de）刀具，因此換刀時間進一步（bù）縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應（yīng）用最廣泛。這是因為機械手換刀（dāo）靈活，動（dòng）作快，而且結構簡單。機械手能夠完（wán）成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返（fǎn）回等一係列動作。為了防（fáng）止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機（jī）構。