控機床的自（zì）動（dòng）換刀裝置，你認（rèn）識幾種？

數控機床為了能在（zài）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（gōng）件所引起的誤差，必須帶有（yǒu）自動換刀裝置。自動（dòng）換（huàn）刀（dāo）裝置應當（dāng）滿（mǎn）足（zú）換（huàn）刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小（xiǎo）以及安全可靠等（děng）基本要求。

一、自動（dòng）換刀裝（zhuāng）置的形式（shì）

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡（jiǎn）單的自動（dòng）換刀裝置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或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（bǎ）或（huò）更（gèng）多的刀具，並按數控裝置的（de）指令（lìng）換刀。

回（huí）轉刀架在結構（gòu）上必須具有良好的強度和剛度，以（yǐ）承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度在很大（dà）程度上取決於刀尖位置，對於數控（kòng）車床來說，加工過程中刀（dāo）具位置不進行人工調整（zhěng），因（yīn）此更有必要選擇可靠的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後，具有盡（jìn）可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情（qíng）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。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更（gèng）換主軸換刀是帶（dài）有旋轉刀具的數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（liǎng）種，通常用轉塔的轉位來更換（huàn）主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各（gè）個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地（dì）轉（zhuǎn）到加工位置，並接通（tōng）主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉（zhuǎn）。而其它處於不加工位置上的主（zhǔ）軸都（dōu）與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省（shěng）去了自動鬆、夾、卸（xiè）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（jiān），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（de）剛性，必須限製（zhì）主軸的數目，否則會使結構尺（chǐ）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（xǐ）床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於（yú）回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不（bú）能滿足複雜（zá）零件的加工（gōng）需要，因此，自動換刀數控（kòng）機床多采用（yòng）帶刀庫的自動換刀裝置（zhì）。帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置由刀庫和換刀機構（gòu）組成，換刀過程（chéng）較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部（bù）刀具分（fèn）別安裝（zhuāng）在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換（huàn）刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或（huò）主軸上取（qǔ）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（dà）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床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部（bù）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（néng）夠進行複雜零件（jiàn）的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工（gōng）效（xiào）率。帶刀庫的自動換（huàn）刀係統適用於數控鑽（zuàn）削中心和加工（gōng）中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

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具（jù）的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，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（dāo）具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上（shàng）的刀具正好對準刀庫最（zuì）下（xià）麵的那個（gè）位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄（bǐng），盤式刀庫向前運動，拔（bá）出主軸上（shàng）的刀具，然後（hòu）刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成（chéng）本（běn）較低，換刀可靠性（xìng）較好；缺點是換刀時間長，適用（yòng）於刀（dāo）庫容量較小（xiǎo）的加工中心。

對於（yú）刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈（liàn）式刀庫（圖7-17），鏈（liàn）式刀（dāo）庫的結構緊湊，刀（dāo）庫容量較大，鏈（liàn）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（huàn）刀。當需要增加刀具數量（liàng）時，隻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（dāo）具的選（xuǎn）擇方式（shì）

一般的（de）刀庫內存放有（yǒu）多（duō）把（bǎ）刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序（xù）選刀和任意 選刀兩種，順序選刀（dāo）是在（zài）加工之前，將加工零件所需刀具（jù）按照工藝要求依次（cì）插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時必（bì）須重新調整（zhěng）刀庫中的刀具順序。其（qí）優點（diǎn）是刀（dāo）庫的（de）驅動和控製（zhì）都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較（jiào）大、工件品種數量較（jiào）少的中、小型數控機床的自動（dòng）換（huàn）刀（dāo）。

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

3. 刀具編（biān）碼方式

刀具編（biān）碼或刀套編碼需要在刀（dāo）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（zhì）編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采（cǎi）用了一種特（tè）殊的刀柄（bǐng）結構，並對每把（bǎ）刀具編碼。每把刀（dāo）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（fù）使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量（liàng）也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困（kùn）難，刀庫和機械手的結構變複（fù）雜。刀套編（biān）碼的方式是一（yī）把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同（tóng）一刀套中，取送刀具十分（fèn）麻煩，換（huàn）刀時間長。目前在（zài）加工中（zhōng）心上大量使用記憶式（shì）的方式。這種方式能將刀具號和（hé）刀庫中的（de）刀套位置對（duì）應地記憶在數控（kòng）係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢（jiǎn）測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就（jiù）可以任意取出並送（sòng）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

數控機床的自動（dòng）換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳（chuán）遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換（huàn）裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及采用機械手交換（huàn）刀具。利用刀庫（kù）與機床主軸的相對運動實現刀（dāo）具交（jiāo）換的裝置在換刀時必須首先將（jiāng）用過的刀具送回刀庫（kù），然後再（zài）從刀庫中（zhōng）取出新刀具，兩（liǎng）個（gè）動作不能同時進行，換刀（dāo）時間較長。而采用機械手換刀裝置在換（huàn）刀時能夠同時抓取和裝（zhuāng）卸機床（chuáng）主（zhǔ）軸和刀（dāo）庫中的刀具，因此換刀（dāo）時間進一步縮短。采用機械手（shǒu）進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀（dāo）靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完（wán）成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機（jī）械手的活動爪（zhǎo）都帶有自鎖機構。