控機床的自動換刀裝（zhuāng）置，你認（rèn）識幾種？

數控機床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，減少多次安裝工件（jiàn）所引（yǐn）起（qǐ）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短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵（miàn）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（huàn）刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六（liù）角刀架或圓盤（pán）式軸向裝刀刀（dāo）架等多種形式。回（huí）轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的（de）刀（dāo）具，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（hé）剛度，以（yǐ）承受粗加工時的切削抗力。由於車（chē）削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（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構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況（kuàng）下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉（zhuǎn）位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋（xuán）轉為主運動）

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

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換（huàn）刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有各（gè）工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀（dāo）指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置（zhì），並接（jiē）通主（zhǔ）運動，使（shǐ）相應的主軸帶動刀具旋轉。而其（qí）它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換（huàn）主軸換刀裝（zhuāng）置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝（zhuāng）刀以及（jí）刀具搬運等一係列的複雜操作（zuò），從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部（bù）件結構尺寸不（bú）能太大，因而（ér）影響了主軸係（xì）統的剛性。為了保證主軸（zhóu）的剛性，必須（xū）限（xiàn）製主軸的（de）數（shù）目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉（zhuǎn）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（lì）如數控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於（yú）回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不（bú）能滿足複雜零件的加工需要，因此，自（zì）動換刀數控機床多采用帶刀庫的自（zì）動換刀裝置。帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組（zǔ）成，換刀過（guò）程較為（wéi）複雜。首（shǒu）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（zhōng）選刀，再（zài）由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝（zhuāng）入主軸，舊（jiù）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刀裝（zhuāng）置的數控機床的主（zhǔ）軸箱內隻有一根主軸，主（zhǔ）軸部件的剛度要高，以滿足（zú）精密加工要（yào）求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠（gòu）進行複雜零件的多工序（xù）加工，大大提高了機床（chuáng）的適（shì）應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統（tǒng）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（kù）類（lèi）型

刀庫的作用是儲備一定數（shù）量的刀（dāo）具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫（kù）的類型（xíng）有（yǒu）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所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向（xiàng），換刀時主軸（zhóu）箱（xiāng）上升到（dào）一定的位置，使主軸上的刀具（jù）正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤（pán）式刀庫向前運（yùn）動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的（de）刀具旋轉至與主軸對準的位置（zhì），刀庫後退將新（xīn）刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進（jìn）行下道工序的加工（gōng）。此換刀裝置的（de）優點（diǎn）是結構簡單，成本較低，換刀可靠性（xìng）較好；缺點是換刀時間長，適（shì）用於刀庫容量較小的加工中心（xīn）。

對於刀庫容（róng）量需要較大的加工中心可采（cǎi）用鏈（liàn）式刀（dāo）庫（kù）（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局製成各種形狀，也可將換刀（dāo）位突出以便（biàn）於換刀。當（dāng）需要增加刀具數（shù）量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與（yǔ）製造帶來了方便（biàn）。

2. 刀具（jù）的選擇方式

一般的（de）刀庫內（nèi）存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀（dāo）方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選（xuǎn）刀是在加工之前，將加工零（líng）件所需刀具按照工藝要求依次插（chā）入刀庫（kù）的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同（tóng）的工件時必須重新調整刀庫中（zhōng）的刀具順序。其優點是（shì）刀庫的驅（qū）動和控（kòng）製都比較簡（jiǎn）單（dān）。因此（cǐ），這種方式適合加工批量較大、工件品（pǐn）種數（shù）量較少的中、小型數控（kòng）機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目（mù）前（qián）大（dà）多數的數控（kòng）係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編（biān）碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方（fāng）式

刀具編碼（mǎ）或刀套編碼需（xū）要在（zài）刀具或刀套上安裝用於識（shí）別（bié）的編碼條，一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（shì）采用了一種特殊的刀柄結（jié）構，並對每把（bǎ）刀具編碼。每把刀具都具（jù）有（yǒu）自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具（jù）上都帶有專（zhuān）用的編碼環，刀具長度（dù）加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜（zá）。刀套編碼的（de）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回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換（huàn）刀時間長。目前在加（jiā）工中心上（shàng）大量使用記憶式的方（fāng）式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控（kòng）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。刀庫上裝（zhuāng）有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這（zhè）樣刀（dāo）具就可以任意取出並送回（huí）。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時（shí）就近選取。

三、刀具交換裝置

數（shù）控（kòng）機床的自動換刀裝（zhuāng）置中，實現刀（dāo）庫與機床主軸（zhóu）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）采用機械手交（jiāo）換刀具（jù）。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置（zhì）在換刀時必須首（shǒu）先將用過（guò）的刀具送回刀（dāo）庫，然後再從刀庫中（zhōng）取出新刀具，兩個（gè）動作不（bú）能同時（shí）進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和（hé）裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步（bù）縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用（yòng）最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—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機構。