數控機床的（de）自動換刀裝置，你認識幾種？

數（shù）控機床為（wéi）了能（néng）在工件一次裝夾中完成（chéng）多道加工工序，縮短輔助時間（jiān），減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動（dòng）換刀裝置。自動換（huàn）刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重（chóng）複定位精度高、刀具（jù）儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等（děng）基本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回（huí）轉刀（dāo）架換刀

回轉刀架是一種最簡單的（de）自動換刀（dāo）裝置，常用於數控車床。可以設（shè）計成（chéng）四方刀架、六角刀（dāo）架（jià）或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀（dāo）架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具（jù）有良好（hǎo）的強度和剛度，以承（chéng）受粗加工時的切削抗力。由（yóu）於車削加工精度（dù）在很（hěn）大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工（gōng）過（guò）程中刀具（jù）位置不進行人工調整（zhěng），因此更有必要選擇可靠（kào）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（zhī）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（dāo）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（huàn）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

是一個轉塔刀庫。

主（zhǔ）軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭（tóu），以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝（zhuāng）有各工序所需（xū）要的旋轉刀（dāo）具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉（zhuǎn）到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處（chù）於不加工位置上的（de）主軸都與（yǔ）主運動脫開。

這種更換主軸（zhóu）換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀（dāo）、裝刀以及刀具搬運等一係列的（de）複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的（de）可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸（zhóu）部件結構尺（chǐ）寸不（bú）能太大，因而（ér）影響了（le）主軸係統的剛性。為了保證（zhèng）主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否（fǒu）則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻（zhī）適用於工序較少、精度要求不太高的（de）機床，例如數（shù）控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫的（de）自動換（huàn）刀係統

由於回轉刀（dāo）架、轉塔頭式換刀裝置容納的（de）刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件的（de）加工需要，因此，自動（dòng）換刀數（shù）控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機（jī）構組成，換刀過程較為（wéi）複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行（háng）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，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝（zhuāng）入主軸（zhóu），舊（jiù）刀放回刀庫。刀庫具有較（jiào）大的容量，既可安裝在主軸（zhóu）箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主（zhǔ）軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大（dà），因而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（gōng）效率。帶刀庫（kù）的自動（dòng）換刀係統適用於數控鑽削中心和（hé）加工中心。

二、刀庫和刀具的（de）選（xuǎn）擇方式

1.刀庫類型

刀（dāo）庫的作用是儲（chǔ）備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上（shàng）刀（dāo）具（jù）的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、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定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主（zhǔ）軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的刀（dāo）具正好對準（zhǔn）刀庫最下麵的那個（gè）位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開（kāi）刀柄，盤式（shì）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準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾（jiá）緊刀柄，主軸箱（xiāng）下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加（jiā）工（gōng）。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀（dāo）可靠性較（jiào）好；缺點是換刀時間長，適用於刀（dāo）庫容量較小的加工中心。

對於（yú）刀（dāo）庫（kù）容量需要較大的加工中心可采用（yòng）鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根（gēn）據機床的布局製成各種形狀，也可（kě）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，給刀庫（kù）設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方（fāng）式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選（xuǎn）刀，常用的選刀（dāo）方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在（zài）加工（gōng）之前，將加工（gōng）零件所需（xū）刀具（jù）按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調（diào）刀，加工不同的工件時必須重新（xīn）調整刀庫中的刀具順序。其優點是（shì）刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這（zhè）種方式適合加工批量較大（dà）、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著（zhe）數控係統（tǒng）的發展，目前大多數的數控係統都采（cǎi）用任意（yì）選刀的（de）方式，其分為刀（dāo）套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式（shì）

刀具編碼或刀套編碼需要在刀（dāo）具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原（yuán）理進（jìn）行編碼。刀（dāo）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。每把刀具都具有自（zì）己（jǐ）的代碼，因而刀具可在（zài）不同（tóng）的工（gōng）序中多次重複使用，換下的刀具不用放回（huí）原刀座，刀庫的容量（liàng）也可相應減少。但（dàn）每把刀具上都帶有（yǒu）專用的編碼環，刀（dāo）具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把（bǎ）刀（dāo）具隻對應一（yī）個刀（dāo）套，從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（shí）分麻煩，換刀時間長。目前（qián）在加工中心上大量使用記憶式（shì）的方式。這種方（fāng）式能將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（shàng）裝有位置檢（jiǎn）測裝置，可獲得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，使每次選刀時就近選（xuǎn）取。

三、刀具（jù）交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中（zhōng），實現刀庫（kù）與機床主軸之間傳（chuán）遞和裝卸刀具的裝置（zhì）稱為（wéi）刀（dāo）具交換裝置（zhì）。刀具的交換方式有兩種：由（yóu）刀庫與機床主軸的相（xiàng）對運動實（shí）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）對運動實現（xiàn）刀具交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送（sòng）回刀庫，然（rán）後再從刀庫（kù）中取出新刀（dāo）具（jù），兩個動作不能（néng）同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換（huàn）刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此（cǐ）換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。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（dāo）—返回等一係列動作（zuò）。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。