數控機床的（de）自動換刀（dāo）裝置，你認識幾種？

數控機床（chuáng）為了能在工件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（gōng）件所引起的誤（wù）差，必須帶（dài）有自動換刀裝（zhuāng）置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短（duǎn）、刀具重複定位精度高（gāo）、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（zhuāng）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置，常（cháng）用於數控車床。可以（yǐ）設計成四方刀架、六角刀（dāo）架或圓盤式（shì）軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分（fèn）別安裝著四把、六把或更多的刀具（jù），並按數控裝置的（de）指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛（gāng）度，以承受粗加工時的切削抗力（lì）。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，因此更有必要選擇可（kě）靠的定位方案和合理的定位（wèi）結構，以保證回轉刀架在每（měi）次轉（zhuǎn）位之後，具有盡（jìn）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（bāo）括刀架（jià）抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更（gèng）換主軸頭換刀（刀（dāo）具（jù）旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有（yǒu）旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的（de）換刀方式。這（zhè）種主軸（zhóu）頭（tóu）實際上（shàng）就

是一個（gè）轉塔刀庫。

主軸頭有臥式（shì）和立式兩種，通常用轉塔的（de）轉位來更換主軸頭，以（yǐ）實現自動換刀。在轉（zhuǎn）塔的各個主軸上，預先安裝有各（gè）工序所需要（yào）的旋轉刀具，當（dāng）發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接（jiē）通主運動，使（shǐ）相應的主軸（zhóu）帶動刀（dāo）具（jù）旋轉。而其它處於不加工位置上的（de）主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝（zhuāng）置，省去了自動鬆、夾（jiá）、卸刀、裝刀以及刀具搬運等（děng）一係列的（de）複雜操作，從而縮短（duǎn）了換刀時（shí）間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間（jiān）位置的限製，使主（zhǔ）軸部件結構尺寸（cùn）不能太大，因而（ér）影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須（xū）限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此（cǐ），轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床（chuáng）等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

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）能滿足複雜零件的加工（gōng）需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置。帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置（zhì）由刀庫和換刀機構組（zǔ）成，換刀（dāo）過程（chéng）較為複雜。首（shǒu）先要把加工（gōng）過程中使用的全部刀具分別（bié）安（ān）裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式（shì）放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀（dāo）裝（zhuāng）置從刀（dāo）庫或主軸上取出（chū）刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀（dāo）庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或（huò）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（yào）高，以滿足精密加工要求。

另（lìng）外，刀庫內（nèi）刀具（jù）數量較大（dà），因而能夠進行複雜零件的（de）多工序加工，大大提高了機床的適（shì）應性和加工效率。帶（dài）刀庫的自動換（huàn）刀（dāo）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（dāo）庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過（guò）機械手實現與主軸上刀（dāo）具的互（hù）換。刀庫（kù）的（de）類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確（què）定。圖7-16所示的盤（pán）式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸（zhóu）箱上升到（dào）一定的位置，使主軸上的刀具正（zhèng）好（hǎo）對準（zhǔn）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，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將（jiāng）下一（yī）個工序所（suǒ）用的刀具旋轉（zhuǎn）至與（yǔ）主軸對（duì）準的位置，刀庫後退將新（xīn）刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸（zhóu）箱下降到工作位置，完成換刀任務（wù），進行下道工序的加工。此換（huàn）刀（dāo）裝置的優（yōu）點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性（xìng）較好；缺點是換刀（dāo）時間長，適用於刀庫容量較小的加工（gōng）中心。

對於刀庫容（róng）量需（xū）要較大的加工中心（xīn）可采用鏈式（shì）刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊（jǐn）湊，刀庫容量較大，鏈環（huán）的形狀（zhuàng）可根據機床的（de）布局製（zhì）成各種形狀，也可將換刀（dāo）位突出以便於（yú）換刀。當需要增加刀具（jù）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（fāng）便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有（yǒu）多（duō）把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的（de）選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將（jiāng）加工零件所（suǒ）需刀具按照（zhào）工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加（jiā）工是按順序調刀（dāo），加工不同的工件時必須重新調整（zhěng）刀庫中的（de）刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡（jiǎn）單。因此，這種方式適（shì）合加工批量較大、工件品（pǐn）種數量較（jiào）少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多（duō）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（shì）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別的編碼條，一般都是根據二進製（zhì）編碼的原理進行編（biān）碼。刀具編碼（mǎ）選刀（dāo）方式采（cǎi）用了一種特殊（shū）的（de）刀柄結構，並對每把刀具（jù）編（biān）碼（mǎ）。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（duō）次（cì）重複使用，換下的刀具不用放回（huí）原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的（de）編碼環，刀具（jù）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（de）方式是一把刀具（jù）隻對（duì）應一個刀套，從一個（gè）刀（dāo）套中取出的刀具必須（xū）放回同一刀套中（zhōng），取送刀具十分麻煩，換（huàn）刀（dāo）時間長。目前在（zài）加工中心上大量使用（yòng）記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀（dāo）庫（kù）中的刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫（kù）上裝（zhuāng）有位置檢測裝置，可（kě）獲得每個刀套的位置信息。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（chēng）為刀具交換裝置。刀具（jù）的交（jiāo）換方式有兩種：由刀庫與機床（chuáng）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（lì）用刀庫與機床主軸（zhóu）的（de）相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同（tóng）時進（jìn）行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置（zhì）在換刀時能夠同時（shí）抓取和裝卸機床主軸（zhóu）和刀庫中的刀具，因（yīn）此換刀時間進一步縮短（duǎn）。采用機械手（shǒu）進行刀具交換的方式（shì）應用最廣泛。這（zhè）是因為機（jī）械（xiè）手換刀（dāo）靈活（huó），動作快，而且結構簡單。機械手能夠（gòu）完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀（dāo）具掉（diào）落，機械手的（de）活動爪都帶有自鎖機構。