數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了能在（zài）工件一次裝夾中（zhōng）完成（chéng）多道加工工（gōng）序，縮短（duǎn）輔助時間，減少多次安裝工件所引起（qǐ）的誤差（chà），必須帶有（yǒu）自動換刀裝（zhuāng）置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基（jī）本要求。

一（yī）、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（jiǎn）單的自（zì）動換刀裝置，常用於數控車床。可以設計成（chéng）四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀（dāo）刀架等多種形式。回轉刀架上（shàng）分別安裝著四把、六把或更多的（de）刀（dāo）具，並按（àn）數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的（de）強度和剛度，以承受粗加（jiā）工時的切削抗（kàng）力。由於車削加工精度在很（hěn）大程度上（shàng）取決於刀尖位置，對於數控車床（chuáng）來（lái）說，加工過（guò）程中刀具位置不進行人工（gōng）調整，因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（cì）轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（dù）（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，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（dāo）（刀具旋轉為主運動）

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

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（de）轉位（wèi）來更換主軸頭（tóu），以實現自動換刀。在（zài）轉（zhuǎn）塔（tǎ）的（de）各個主軸上（shàng），預先安裝有（yǒu）各工序所需要的旋轉刀具，當發出（chū）換刀指令時，各主軸頭（tóu）依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動（dòng）刀具旋轉。而（ér）其（qí）它處於不加工（gōng）位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省（shěng）去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以（yǐ）及刀具搬（bān）運等一係列的複雜操作，從而（ér）縮（suō）短了換刀時間，並提高了換（huàn）刀的可靠性。但（dàn）是由於空間（jiān）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（tǒng）的剛性。為了保證主軸的剛性，必須（xū）限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增（zēng）大。因此，轉塔主軸（zhóu）頭通（tōng）常（cháng）隻適用於工序較少、精度要求（qiú）不太高的機（jī）床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自（zì）動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容（róng）納的刀具數量不能太多，不（bú）能滿足複雜零件（jiàn）的（de）加工需要，因此，自動換刀數控機床多采（cǎi）用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先（xiān）要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在（zài）標準刀（dāo）柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫（kù）。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或（huò）主軸上取出刀具，進行（háng）交換，將（jiāng）新刀裝入主軸，舊刀（dāo）放回刀庫。刀庫具有較大的容量（liàng），既可安裝在主軸箱的側麵或上（shàng）方。由於帶刀庫（kù）的自動換刀（dāo）裝（zhuāng）置的數控機床（chuáng）的主軸箱內隻有一根主（zhǔ）軸，主軸部件的剛度要高，以滿足（zú）精密加工（gōng）要求。

另外，刀庫（kù）內刀具數量較大（dà），因（yīn）而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適（shì）應性和加工效（xiào）率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心（xīn）。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備（bèi）一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互（hù）換。刀庫的類型有（yǒu）盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形（xíng）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，使主軸上的刀具正好對準刀庫（kù）最下麵的那個位置，刀具（jù）被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，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的刀具旋轉至與主軸對（duì）準（zhǔn）的位置，刀庫後退將新刀具插入主（zhǔ）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（zhuāng）置（zhì）的優點是結構簡單，成本較低，換刀可（kě）靠性（xìng）較好；缺點是換刀時間（jiān）長，適用於刀庫容量（liàng）較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的（de）加（jiā）工中心可采用（yòng）鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊（còu），刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布（bù）局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀（dāo）庫設計（jì）與（yǔ）製造帶來了方便（biàn）。

2. 刀具的（de）選擇方式

一般的刀庫內存放有多把（bǎ）刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀（dāo）是在加工之前，將加工零件所（suǒ）需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中（zhōng），加工（gōng）是（shì）按順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具（jù）順序。其（qí）優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自（zì）動換刀。

隨著數控係統的發展，目（mù）前大多數的數控係（xì）統（tǒng）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（shì）等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼（mǎ）或（huò）刀套編碼（mǎ）需要在刀具或刀套（tào）上安裝用（yòng）於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原理進（jìn）行編碼。刀具編碼選刀方式采（cǎi）用了一種（zhǒng）特殊的刀柄結構，並對每把刀具（jù）編碼。每把刀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使用，換下的刀具不（bú）用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有（yǒu）專用的（de）編碼（mǎ）環，刀具長度加長，製（zhì）造困難，刀庫（kù）和機械手的結構變複（fù）雜。刀套編碼的方式（shì）是一把刀具（jù）隻對應一個刀套，從（cóng）一個刀套中取出的刀（dāo）具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前（qián）在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將（jiāng）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（lùn）刀具放在哪個刀套內（nèi），刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測（cè）裝置，可獲（huò）得每（měi）個刀套的位（wèi）置信息。這樣刀具就（jiù）可以任意取出並（bìng）送回。刀庫（kù）上還設有機械原點，使每（měi）次選（xuǎn）刀時（shí）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（yǔ）機床（chuáng）主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置（zhì）稱為（wéi）刀具交換裝置。刀具的交（jiāo）換方式有兩（liǎng）種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交（jiāo）換以及（jí）采用機械手交換（huàn）刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交（jiāo）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）從刀庫中取出新刀具，兩個（gè）動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀（dāo）時能夠同時（shí）抓取和（hé）裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀（dāo）時（shí）間進一步縮短。采用機械（xiè）手進行刀具交（jiāo）換的方（fāng）式應用最廣泛。這是因為機械手（shǒu）換刀靈活，動作（zuò）快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓（zhuā）刀—拔刀（dāo）—回轉—插刀（dāo）—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的（de）活動爪都帶有自鎖機構。