​數控機床（chuáng）的（de）自動換刀裝置，你認（rèn）識幾種？

數控機床（chuáng）為了能在工件一次裝夾中完成多道（dào）加工工（gōng）序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須（xū）帶有自動換刀裝置。自動換刀（dāo）裝置應當滿足（zú）換刀時間短（duǎn）、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀（dāo）庫占地麵積小以及安全可靠等（děng）基本（běn）要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架（jià）換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數（shù）控車床。可以設計成四方（fāng）刀架、六（liù）角刀架或圓盤式（shì）軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把（bǎ）、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以（yǐ）承受粗加工（gōng）時的切削抗力。由於（yú）車削加工（gōng）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（chéng）中刀具位置（zhì）不進行人工調整，因（yīn）此更有必（bì）要選（xuǎn）擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位（wèi）之後，具有（yǒu）盡（jìn）可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般（bān）情況下，回（huí）轉刀架的換刀動作（zuò）包括刀架抬起、刀架（jià）轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀（dāo）是帶有旋轉刀具的數控機床的一種比較（jiào）簡單的換刀方式。這種主軸（zhóu）頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩（liǎng）種（zhǒng），通常用轉塔的轉位來更換主（zhǔ）軸頭，以實現自動（dòng）換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋（xuán）轉刀具，當發（fā）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（shǐ）相應（yīng）的主軸帶動刀具（jù）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（zhóu）換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作（zuò），從而縮短了換（huàn）刀時間，並提高（gāo）了換刀的可靠性。但是由於空（kōng）間位置的（de）限（xiàn）製，使（shǐ）主軸部件結構尺（chǐ）寸不能（néng）太大，因而影響（xiǎng）了主軸係（xì）統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須（xū）限製主軸的數目，否則（zé）會使結構（gòu）尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通（tōng）常隻適用於工序較少、精度要（yào）求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等（děng）。

3.帶刀庫（kù）的自動換刀係統

由於回轉刀架（jià）、轉塔頭式換刀（dāo）裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜（zá）零件的（de）加工需要，因（yīn）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（zhì）由（yóu）刀庫和（hé）換刀機構組成，換刀過程較為複雜（zá）。首先（xiān）要把加工過程（chéng）中使用的全部刀具（jù）分別安裝（zhuāng）在標準刀柄上，在機外進行尺寸預（yù）調（diào）整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先（xiān）在刀（dāo）庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將（jiāng）新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫（kù）具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置（zhì）的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件（jiàn）的剛度要高，以滿足精（jīng）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（jiàn）的多工序（xù）加工，大大提高了（le）機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換（huàn）刀係統適用（yòng）於數控鑽削中心（xīn）和加工中（zhōng）心。

二、刀庫和（hé）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刀具（jù），通過機械手實現與主軸（zhóu）上刀具的（de）互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫（kù）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（dāo）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，使主軸上（shàng）的刀具正好對準刀庫（kù）最下（xià）麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開（kāi）刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上（shàng）的（de）刀（dāo）具，然後刀庫將下一個（gè）工序（xù）所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置（zhì），刀庫後退將新刀具插入主軸孔中（zhōng），主（zhǔ）軸（zhóu）夾緊（jǐn）刀柄，主軸箱（xiāng）下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的（de）加（jiā）工。此換刀裝置的優點（diǎn）是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫（kù）容量較小的加工中（zhōng）心。

對於（yú）刀庫容量需要較大的加工（gōng）中心可采用鏈式（shì）刀庫（圖7-17），鏈式刀（dāo）庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的（de）布局製成各種形（xíng）狀，也可將換刀位（wèi）突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需（xū）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

一般的刀庫內存（cún）放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選（xuǎn）刀和任意選刀兩種，順序選刀是（shì）在加工之（zhī）前，將加工零件（jiàn）所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫（kù）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（chóng）新調整刀庫中的刀具順序。其（qí）優點是刀庫的驅動（dòng）和控製都比較簡單。因（yīn）此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數（shù）量較少的中（zhōng）、小型數控機床的自動換刀。

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

3.刀具編（biān）碼方式

刀（dāo）具編碼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（shì）根據二進製編碼的原（yuán）理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具（jù）都具有自己的代碼，因而刀具（jù）可在（zài）不同（tóng）的工序中多（duō）次重複使用（yòng），換下的刀具不用放（fàng）回原刀（dāo）座，刀庫的容量也（yě）可相應減少。但每把刀（dāo）具（jù）上都帶有（yǒu）專（zhuān）用（yòng）的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構（gòu）變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放（fàng）回同一刀套中，取送（sòng）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的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶（yì）在（zài）數（shù）控係統（tǒng）的PLC中，無（wú）論刀（dāo）具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在（zài）PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可（kě）獲得每（měi）個（gè）刀套的位置信息（xī）。這樣刀（dāo）具就可以任意取（qǔ）出並送回。刀庫上還設有機械原（yuán）點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換（huàn）刀裝置中，實現刀（dāo）庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝（zhuāng）置稱為刀具交換裝置。刀具的交換（huàn）方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運（yùn）動實現刀具交換以及（jí）采（cǎi）用機械手交換刀具。利用刀庫（kù）與機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首（shǒu）先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作（zuò）不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械（xiè）手換刀裝置在換刀（dāo）時能夠同（tóng）時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中（zhōng）的刀具，因此（cǐ）換刀時間進一（yī）步縮短。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（jī）械手換刀靈活，動（dòng）作快，而（ér）且結構簡單。機（jī）械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等（děng）一係列動作（zuò）。為（wéi）了防止刀具掉落，機械（xiè）手的活動爪都帶有自鎖機構。