數控機床的（de）自動換刀裝置，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（suō）短輔助時間，減少多次安裝工件所（suǒ）引起的誤（wù）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（wèi）精度高、刀具儲（chǔ）存量足夠、刀庫（kù）占地麵（miàn）積小以及安全可靠等基本要（yào）求。

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的自動換刀裝置，常用於（yú）數控車床。可以設計成（chéng）四（sì）方刀架、六角刀架或圓盤式（shì）軸（zhóu）向裝刀刀架等多種（zhǒng）形式。回轉刀架上（shàng）分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指（zhǐ）令換刀。

回轉刀架在（zài）結構上必須具有良好的強度和剛度（dù），以承受粗（cū）加工時的切削抗力。由於車削（xuē）加工精度在很大程度上取決於（yú）刀尖位（wèi）置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不（bú）進行人工調整，因此更（gèng）有必要選擇可靠的定位方案和（hé）合理（lǐ）的定位結構，以保證回轉刀（dāo）架在每次轉位之後，具有盡可能高的（de）重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

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

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運（yùn）動）

更換主（zhǔ）軸換刀是帶有旋（xuán）轉刀具的數控機床的（de）一種比較（jiào）簡單的換刀方式。這種主軸頭實（shí）際上就

是一個（gè）轉塔（tǎ）刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩（liǎng）種，通常用轉塔的（de）轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要（yào）的旋轉刀具（jù），當（dāng）發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相（xiàng）應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不（bú）加工位置（zhì）上的主軸都與主運動脫開。

這種更換（huàn）主（zhǔ）軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸（xiè）刀、裝刀以及（jí）刀具搬運等一係列（liè）的複雜操作，從而縮（suō）短了換刀時間，並提（tí）高了換刀的可靠性（xìng）。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，因（yīn）而影響了主軸（zhóu）係統的剛性。為了保證主軸的剛性（xìng），必須限製主軸的數目，否則會使結（jié）構尺（chǐ）寸增（zēng）大。因此，轉塔主軸頭（tóu）通常（cháng）隻適（shì）用於工序較少、精（jīng）度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀（dāo）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，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶（dài）刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程（chéng）較為（wéi）複雜。首（shǒu）先要把（bǎ）加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀（dāo）柄上，在機外進行尺寸預調整（zhěng）後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選（xuǎn）刀，再由換刀裝置從（cóng）刀庫或主軸上取（qǔ）出刀具，進行交換（huàn），將新刀裝入主軸，舊刀（dāo）放回（huí）刀庫。刀庫（kù）具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方（fāng）。由於帶刀庫的（de）自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一（yī）根主軸（zhóu），主軸部件的剛度要（yào）高，以滿足精密加工要求。

另（lìng）外，刀庫內（nèi）刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大（dà）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統適用於數控（kòng）鑽削中心和加（jiā）工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的（de）作用是儲備一定數量的刀具，通過（guò）機械（xiè）手實現與主（zhǔ）軸上（shàng）刀具的互（hù）換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種（zhǒng）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，使主軸上的刀（dāo）具正好對準刀庫最下麵的那個（gè）位置，刀具被（bèi）夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前（qián）運動，拔出主軸上的刀（dāo）具，然後刀庫將下（xià）一個工序所用的刀具旋轉（zhuǎn）至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀（dāo）具插入主軸孔（kǒng）中，主軸夾緊刀（dāo）柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下（xià）道工（gōng）序的加工。此換刀裝（zhuāng）置的（de）優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間（jiān）長，適（shì）用於刀庫容量較小的加工中（zhōng）心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖（tú）7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環（huán）的形（xíng）狀可根據機床的布局製成（chéng）各種形狀，也可將（jiāng）換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增（zēng）加鏈條的長度即可，給刀庫設計（jì）與製造帶來（lái）了（le）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（xuǎn）刀，常用的選刀（dāo）方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序（xù）選刀是在加工之前，將加工（gōng）零件所需刀具（jù）按照工藝要求依次插入刀庫（kù）的（de）刀套中，加工是按順序調（diào）刀（dāo），加工（gōng）不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序（xù）。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡（jiǎn）單（dān）。因此（cǐ），這種方式適合加工批量（liàng）較大、工件品種數量較少的中、小型數（shù）控機床的自動換（huàn）刀。

隨著數控係（xì）統的發展，目前大多數的數控係統都（dōu）采（cǎi）用任意選刀的方式，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

刀具編碼（mǎ）或刀套編碼需要在刀具或刀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進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了（le）一種特（tè）殊的刀柄結（jié）構（gòu），並對每把刀具編碼。每把刀具都具（jù）有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不（bú）用（yòng）放回（huí）原刀座，刀庫的容（róng）量也可相（xiàng）應減少（shǎo）。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難（nán），刀庫和機械手的結構變複雜。刀套（tào）編（biān）碼的方（fāng）式是（shì）一把刀具隻對應一個刀（dāo）套，從一個（gè）刀套中取出的（de）刀具必須放回同一刀套中，取送刀具（jù）十分麻煩，換刀時間長（zhǎng）。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套（tào）位置對應地記憶在數控係統的（de）PLC中，無論刀（dāo）具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣（yàng）刀具就可以任意取出並（bìng）送回。刀庫上還設有機械原（yuán）點，使每次選刀（dāo）時就（jiù）近選取。

三、刀具（jù）交換裝置

數控（kòng）機床的自動換刀裝置（zhì）中（zhōng），實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝（zhuāng）卸（xiè）刀具的裝置稱為刀具交換裝置。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（jiāo）換以及采用機械手交換刀具。利用刀庫與（yǔ）機床主軸的相對運動（dòng）實現刀具交換的裝置在換刀（dāo）時必須首先將（jiāng）用過（guò）的刀具送回刀庫，然後（hòu）再從（cóng）刀庫中取出新刀具，兩個動作不（bú）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時能（néng）夠同時抓取和裝卸機床主軸（zhóu）和刀（dāo）庫中的刀具，因（yīn）此換（huàn）刀時間進一步縮短。采用機械（xiè）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（líng）活，動作快，而且結構（gòu）簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插（chā）刀—返回等一係列（liè）動（dòng）作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶（dài）有自鎖機構。