​數控機（jī）床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數（shù）控機床（chuáng）為了能在工件（jiàn）一（yī）次裝夾中完成（chéng）多（duō）道（dào）加工工序，縮短輔助時間，減少多次安（ān）裝（zhuāng）工件所引起的誤（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（jiān）短、刀具（jù）重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵（miàn）積小以及安全（quán）可靠等基（jī）本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀（dāo）架是一種最簡單的自動換刀裝（zhuāng）置（zhì），常用於（yú）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（jià）等多（duō）種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具（jù），並（bìng）按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必（bì）須具有良好的強度和剛度（dù），以承受粗加工時的切削抗力。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調整，因（yīn）此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的（de）定位結構，以保證回轉刀架在每次轉（zhuǎn）位（wèi）之後，具有盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

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

2．更換主軸（zhóu）頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換（huàn）刀是帶有旋轉刀（dāo）具的數控機（jī）床的一種比較簡（jiǎn）單的換刀方式。這種主軸頭實（shí）際上就

是一個轉塔刀（dāo）庫。

主軸頭有臥式和立（lì）式兩種，通常用轉塔的轉位來（lái）更換主軸頭，以（yǐ）實現自動換刀。在（zài）轉塔的各個（gè）主軸上，預先安裝有（yǒu）各工序所需（xū）要的旋轉（zhuǎn）刀具，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（tōng）主（zhǔ）運動，使相應的主軸帶動刀（dāo）具旋轉。而其它（tā）處於不加工位置上的主（zhǔ）軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省（shěng）去了自動鬆、夾（jiá）、卸刀、裝刀以及刀具（jù）搬運等一係列的複雜（zá）操作，從而（ér）縮短了換刀時間，並提（tí）高了換刀的（de）可靠（kào）性。但是由於空間位置的限製，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。為了保證主軸的（de）剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常（cháng）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（kù）的自動換刀係統

由（yóu）於回轉刀架、轉塔頭（tóu）式換刀裝置容納的刀具數量不（bú）能（néng）太多，不能滿足複雜（zá）零件的加工需要，因此（cǐ），自動換刀數控機床多采用帶（dài）刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的（de）自動換刀（dāo）裝置（zhì）由刀庫和換刀機構組成，換刀過（guò）程（chéng）較為複雜（zá）。首先要把加工過程（chéng）中使用的全部刀具分別（bié）安裝在（zài）標準刀柄（bǐng）上，在機外進行（háng）尺寸預調整（zhěng）後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由（yóu）換刀裝置從刀（dāo）庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀（dāo）裝入（rù）主（zhǔ）軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有（yǒu）較大的容量，既可（kě）安裝在主軸箱的側（cè）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（zhī）有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加（jiā）工要求。

另外，刀庫內（nèi）刀具數量（liàng）較大，因而（ér）能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機（jī）床的適（shì）應性和加工效（xiào）率。帶（dài）刀庫的自動換刀係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

刀庫的作（zuò）用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型（xíng）有盤式刀庫（kù）、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機床（chuáng）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，換刀時主（zhǔ）軸箱上（shàng）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（de）那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆（sōng）開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用（yòng）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（zuò）位（wèi）置，完成換刀任（rèn）務，進（jìn）行下道（dào）工序的加工。此換刀裝置的（de）優點是（shì）結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工（gōng）中心。

對於刀（dāo）庫容量需要較大的（de）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，鏈環的形狀可根據機床的布局（jú）製成各種形（xíng）狀，也可將換刀位突出以便（biàn）於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈（liàn）條的長度即可，給刀庫（kù）設計（jì）與製造帶來了（le）方便（biàn）。

2.刀具（jù）的選擇方式

一般（bān）的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀（dāo）前要進行選刀，常用的選刀方（fāng）法有順序（xù）選刀和任意選刀兩（liǎng）種，順序選刀是在加工之前，將加工（gōng）零件所需（xū）刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀（dāo），加工不同的工件時（shí）必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動（dòng）和控（kòng）製都（dōu）比較簡單（dān）。因此，這種（zhǒng）方（fāng）式適合加工批量較（jiào）大、工件品種（zhǒng）數（shù）量較（jiào）少的（de）中、小型數控（kòng）機床的自動換刀。

隨著數控係統的（de）發展，目前（qián）大多（duō）數的數控係統都采用任意選刀的（de）方（fāng）式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三（sān）種。

3.刀具編碼方式

刀（dāo）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（mǎ）選（xuǎn）刀方式采用了一種特（tè）殊的刀柄結（jié）構，並對（duì）每把刀具編碼。每把刀具都具有自（zì）己的代（dài）碼，因而刀具可（kě）在不同的工（gōng）序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀（dāo）庫的容（róng）量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀（dāo）具長度加長，製造困難，刀庫和機械手（shǒu）的結構變（biàn）複雜。刀套編（biān）碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取（qǔ）出（chū）的刀具必（bì）須放回同一刀套中，取送刀（dāo）具十分麻煩，換（huàn）刀（dāo）時間長。目前在加工（gōng）中心上大量使用記憶式的（de）方式。這種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PLC中，無論刀具放在（zài）哪個刀套內，刀具信息都始終記存（cún）在PLC內。刀庫上裝有位置（zhì）檢測（cè）裝置，可獲得每（měi）個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取（qǔ）出並送回。刀庫上（shàng）還設有機械原點，使每（měi）次選刀時就近選取。

三、刀具交（jiāo）換裝置

數控機床（chuáng）的自動換刀裝置中，實（shí）現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（jiāo）換方式（shì）有（yǒu）兩（liǎng）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刀具。利用刀庫與機床主軸的相（xiàng）對運動實現刀（dāo）具交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再（zài）從（cóng）刀庫（kù）中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較（jiào）長。而采用機械（xiè）手換刀裝（zhuāng）置在換刀時能夠同時抓取和裝（zhuāng）卸機床主軸和刀庫中的刀具（jù），因此換刀時間進（jìn）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（gòu）簡單（dān）。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了（le）防（fáng）止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有（yǒu）自鎖機構。