​數控機床（chuáng）的自動換刀裝置，你認識幾（jǐ）種（zhǒng）？

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數控機床為了能（néng）在工件一次裝（zhuāng）夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件（jiàn）所引（yǐn）起的誤（wù）差（chà），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（chóng）複定（dìng）位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

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（zhì），常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架（jià）或圓盤式（shì）軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架（jià）上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置（zhì）的指令換刀。

回轉刀架在（zài）結構上必須具有良好（hǎo）的強度（dù）和剛度，以（yǐ）承受粗（cū）加工（gōng）時的切削抗力。由於車削加工（gōng）精度在很大程（chéng）度上取決於刀尖位（wèi）置（zhì），對於數控車床來說，加（jiā）工過程中刀具位置不（bú）進行人工調整，因此更有（yǒu）必要選擇可靠的定（dìng）位（wèi）方案（àn）和（hé）合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能（néng）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、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更（gèng）換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運（yùn）動）

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

是一個轉（zhuǎn）塔（tǎ）刀庫。

主軸頭（tóu）有臥式和立式兩種，通常用轉塔的（de）轉位來更換主軸頭，以實現自（zì）動換刀。在轉塔的（de）各個主軸上，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（gè）主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主（zhǔ）軸帶動（dòng）刀具旋轉。而其它處於不加（jiā）工位置上（shàng）的主軸都與主運動脫開。

這種更（gèng）換主軸換刀裝置，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，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空（kōng）間位置的限（xiàn）製，使主軸部件結構尺寸（cùn）不能太大，因而影響（xiǎng）了主軸係統的（de）剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的（de）數目（mù），否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭（tóu）通常隻適用於（yú）工序較少、精度要求不太高的機床，例如（rú）數控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫的自（zì）動（dòng）換（huàn）刀係統

由（yóu）於回轉刀架、轉（zhuǎn）塔頭式換（huàn）刀裝置容納的刀具數量不能太（tài）多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此（cǐ），自動換刀數控機床多采用帶刀庫（kù）的自動（dòng）換刀裝置（zhì）。帶刀庫的（de）自動（dòng）換刀裝置由刀庫（kù）和（hé）換刀機構組成，換刀（dāo）過程較（jiào）為複雜。首先要把加工過程中使用的全部（bù）刀具分別安裝在標準（zhǔn）刀柄（bǐng）上（shàng），在機（jī）外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置（zhì）從刀庫或主（zhǔ）軸上取出（chū）刀具，進行（háng）交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫（kù）。刀庫具有較大的容量，既可安裝在（zài）主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的（de）自（zì）動（dòng）換刀裝置的數控機床的主軸（zhóu）箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀（dāo）具數量較大，因而（ér）能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀（dāo）庫的（de）自動換刀係統適用（yòng）於數控鑽削中心和加（jiā）工中心。

二、刀庫和刀具的（de）選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一（yī）定數量的刀具，通（tōng）過機械手實現（xiàn）與主軸上刀具的互換。刀（dāo）庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等（děng）多（duō）種形式（shì），刀庫的形式和容（róng）量（liàng）要根據機床的工（gōng）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）軸箱上升到一定的位置（zhì），使主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置（zhì），刀具被夾住，主軸（zhóu）在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上（shàng）的刀具，然後刀庫將下一個工序（xù）所用（yòng）的刀（dāo）具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將（jiāng）新刀具插入主軸孔中，主（zhǔ）軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位（wèi）置，完成（chéng）換刀任（rèn）務，進行下道（dào）工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點（diǎn）是換刀時間長，適用於刀庫（kù）容量較小的加工中心。

對於（yú）刀（dāo）庫容量需要（yào）較大的加工中心可采用鏈式（shì）刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量（liàng）較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具（jù）數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給（gěi）刀庫設計與製造帶來了方（fāng）便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具（jù），每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和（hé）任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝（yì）要求（qiú）依次插入刀庫的刀套（tào）中，加工（gōng）是按順（shùn）序調刀，加工不同（tóng）的工件時必須重新調整刀庫中的（de）刀具順序。其優點是刀（dāo）庫的驅動和控（kòng）製（zhì）都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床（chuáng）的自動換刀。

隨著數控係統（tǒng）的發展，目（mù）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、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識（shí）別的編碼（mǎ）條，一般都是（shì）根據二進製編（biān）碼的原理進行編碼。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。每把刀具都具（jù）有自己的代碼，因而刀（dāo）具可在不同的工序中多次重複使用（yòng），換下的刀具不用（yòng）放回原刀座，刀庫的容量也（yě）可相應減少。但每把刀具上都（dōu）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（biàn）複雜。刀套編碼的方式是一把刀具（jù）隻對應一（yī）個刀（dāo）套，從一個刀套中取（qǔ）出的刀具必須放（fàng）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的（de）方式。這種方式能將刀具號（hào）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（fàng）在哪個刀（dāo）套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝（zhuāng）有位置檢測裝置，可（kě）獲得每（měi）個刀套的位置信息。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

數控機床的自動換刀裝置中，實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。刀具的交換方（fāng）式（shì）有兩種（zhǒng）：由刀庫與機床（chuáng）主軸的相對運動實（shí）現刀具交換以及采用機械手交換刀（dāo）具。利用（yòng）刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必（bì）須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再（zài）從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長（zhǎng）。而采用（yòng）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和刀（dāo）庫（kù）中的刀具，因此換刀時間（jiān）進一步縮短。采用機械手進行刀具交換（huàn）的方式應用最廣泛。這是（shì）因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手（shǒu）能夠完成（chéng）抓（zhuā）刀—拔刀—回（huí）轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖（suǒ）機構。