​數控機床的自（zì）動換刀裝置（zhì），你認識幾（jǐ）種？

　　

數控機床為（wéi）了能在工件（jiàn）一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所（suǒ）引起的誤差，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、刀具重（chóng）複定位精度高、刀具儲存（cún）量足夠、刀庫占（zhàn）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（huí）轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝（zhuāng）置，常（cháng）用於數控（kòng）車床。可以設計成四方刀架、六角刀（dāo）架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別（bié）安裝著四把、六把或（huò）更多的刀具，並按數控裝（zhuāng）置的指令換（huàn）刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強（qiáng）度和剛度，以承受粗加（jiā）工時（shí）的切（qiē）削抗力。由於（yú）車削加工精度在很大程度（dù）上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過（guò）程中刀具位（wèi）置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結（jié）構，以保證回轉刀（dāo）架在每次轉位之後，具有盡可能高的重（chóng）複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一（yī）般情（qíng）況下，回轉刀架的換（huàn）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（刀具旋轉（zhuǎn）為主運動）

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

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和（hé）立式兩種，通常（cháng）用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個（gè）主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發（fā）出換刀指令時，各主軸頭依（yī）次地轉到加工（gōng）位置（zhì），並接通主運動，使相（xiàng）應的主軸（zhóu）帶動刀（dāo）具（jù）旋轉。而其它（tā）處於不加工位置上（shàng）的（de）主軸都與主運（yùn）動脫開。

這（zhè）種更換主（zhǔ）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（fù）雜（zá）操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀（dāo）的可靠性。但是由於空間（jiān）位置的限製，使主軸部件結構尺（chǐ）寸不（bú）能太大，因而影響（xiǎng）了主軸係（xì）統的剛性。為（wéi）了保證主軸（zhóu）的剛性，必須限製主軸的（de）數目，否則會使結構尺寸增（zēng）大。因此（cǐ），轉塔主軸頭通常隻適用於（yú）工序較少、精（jīng）度要（yào）求不（bú）太高的機（jī）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（tǎ）頭式換刀裝（zhuāng）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（yào），因此，自動換刀數控機（jī）床多采用帶刀庫的自（zì）動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀（dāo）機構組成，換刀過（guò）程較為複雜。首（shǒu）先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝（zhuāng）在標準刀柄上，在機（jī）外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換（huàn）刀（dāo）時，先在刀庫中選（xuǎn）刀，再（zài）由換刀裝置從（cóng）刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置的數控機床（chuáng）的主軸箱（xiāng）內隻有（yǒu）一（yī）根主（zhǔ）軸，主軸部（bù）件的剛度要高，以滿足精密加工要求（qiú）。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的（de）多（duō）工序加（jiā）工（gōng），大大提高了機床的適應性和加（jiā）工效率。帶刀庫（kù）的自動換刀係統適（shì）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（lèi）型

刀庫的作用是儲備一（yī）定（dìng）數（shù）量的刀具，通過機械手實（shí）現與主軸上（shàng）刀具的互換。刀庫的類（lèi）型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式（shì），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，刀具的（de）方向與主軸同向，換刀時主軸（zhóu）箱（xiāng）上升（shēng）到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置，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（zhǔ）軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序（xù）所用（yòng）的刀具旋（xuán）轉至與（yǔ）主軸對準的（de）位置，刀庫後退（tuì）將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降（jiàng）到工作位置，完成換刀（dāo）任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是（shì）結構簡單，成本較低，換刀（dāo）可靠性較（jiào）好；缺點是（shì）換刀時間長，適（shì）用於刀庫容量較小的（de）加工中心（xīn）。

對於刀庫容量需要較大的加（jiā）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（zhuàng）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（dù）即可，給刀庫設計（jì）與製造帶來了方便。

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刀，常用的選刀方法有順序選刀和任（rèn）意 選刀（dāo）兩種，順序選刀是在加工之前，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，加（jiā）工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其（qí）優點是刀庫的（de）驅動和控製都比較簡（jiǎn）單。因此，這種方式適合加（jiā）工批量較大、工件品種數量較少的中（zhōng）、小型數控機床的自動換刀。

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

3. 刀具編碼方（fāng）式（shì）

刀具（jù）編碼或刀套編碼需要在（zài）刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一（yī）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（zhǒng）特殊的刀柄結構（gòu），並對每（měi）把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而（ér）刀具可在不同（tóng）的工序中（zhōng）多次重複使用，換下的刀（dāo）具不（bú）用放回原刀座，刀庫的容量（liàng）也可相應減少。但每把刀具上（shàng）都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造（zào）困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套（tào）中取出的刀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和刀庫中的刀套位置對應地（dì）記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪（nǎ）個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內（nèi）。刀（dāo）庫上裝有位置檢測裝置（zhì），可獲得（dé）每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次（cì）選刀時就近（jìn）選取。

 

三、刀具交換裝置

數控機床（chuáng）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（zhuāng）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（de）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（yùn）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，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀（dāo）時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀（dāo）時間進一（yī）步縮短。采用（yòng）機械（xiè）手進行刀具交換的（de）方（fāng）式應用最廣泛。這是（shì）因為機（jī）械手換刀靈活，動作快，而且結構簡（jiǎn）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（zuò）。為了防止刀具掉落，機械手的活（huó）動爪都帶有自鎖（suǒ）機構。