​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了（le）能在工件一次裝夾中完成多道加工工序（xù），縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀（dāo）裝置。自（zì）動換刀裝置應當滿足（zú）換刀時間短、刀具（jù）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本要求。

一（yī）、自動換刀裝（zhuāng）置的形式

1．回轉（zhuǎn）刀架換刀（dāo）

回轉刀架（jià）是（shì）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、六角刀架（jià）或圓盤式軸向裝刀刀架等多種（zhǒng）形式。回轉刀架上分別安裝著（zhe）四把、六把或更多的刀具（jù），並按數控裝置的指（zhǐ）令換刀。

回轉刀架在結構（gòu）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。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置（zhì），對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人（rén）工調（diào）整，因此（cǐ）更（gèng）有必要選擇可靠的定位（wèi）方案（àn）和合理的定位結構，以保證回轉刀架（jià）在每（měi）次轉位（wèi）之後，具有盡可能高的重複（fù）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（qǐ）、刀架轉位及刀架壓緊等（děng）。

2．更換主軸頭換刀（dāo）（刀具旋（xuán）轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋（xuán）轉刀具的數控機（jī）床的一種比較簡（jiǎn）單的換刀方式。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（zhuǎn）位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上（shàng），預先安裝（zhuāng）有各工序所需（xū）要的旋轉（zhuǎn）刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次（cì）地轉到加工（gōng）位置，並接通主運動，使相應的（de）主軸帶動刀具旋轉（zhuǎn）。而其它處於不加工位置上（shàng）的主軸都與主運動脫開。

這種更（gèng）換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等（děng）一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀（dāo）的可靠（kào）性。但是由於空間位（wèi）置的限製，使主軸部件結構（gòu）尺寸不能太大（dà），因而影響了主軸係統的剛性（xìng）。為了保證（zhèng）主軸的剛性，必須限（xiàn）製主軸的數目（mù），否則會使結構（gòu）尺寸增（zēng）大（dà）。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度（dù）要求不太高的機（jī）床（chuáng），例如數（shù）控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係（xì）統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置（zhì）容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工需（xū）要，因此（cǐ），自動換刀數控機床多采（cǎi）用帶刀庫（kù）的（de）自（zì）動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和（hé）換刀（dāo）機構組成，換刀過程較為複雜。首先要（yào）把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後（hòu），按一定的方式放入刀庫。換刀（dāo）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（háng）交換，將新刀裝入（rù）主（zhǔ）軸，舊刀放（fàng）回（huí）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置的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸（zhóu），主軸部件的剛度要高，以滿足精密（mì）加工要求。

另外，刀庫內刀具數（shù）量較大，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（hé）加工效率（lǜ）。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和（hé）加工中（zhōng）心。

二、刀（dāo）庫和刀具的選擇方式（shì）

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫（kù）等多種形式，刀（dāo）庫的形式和容（róng）量要根據機（jī）床的工藝範圍來確定（dìng）。圖7-16所示的盤式刀（dāo）庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時（shí）主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的（de）刀具正好對準刀庫最（zuì）下麵的那（nà）個位置，刀具被夾住（zhù），主軸在（zài）CNC的控製下，鬆開刀（dāo）柄，盤式刀庫向（xiàng）前運動，拔出主軸上的刀具（jù），然後刀庫將下一（yī）個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退（tuì）將新刀具插入主軸（zhóu）孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成（chéng）換（huàn）刀任（rèn）務，進（jìn）行下（xià）道工序的加（jiā）工（gōng）。此換刀裝置（zhì）的優（yōu）點是結（jié）構簡單，成（chéng）本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長（zhǎng），適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量（liàng）需要較大的（de）加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀（dāo）庫的結構緊湊，刀庫（kù）容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製（zhì）成各種形狀，也可（kě）將（jiāng）換刀（dāo）位突（tū）出（chū）以便於換刀。當需要增加刀具數（shù）量時，隻需增（zēng）加鏈條（tiáo）的長度即（jí）可，給刀庫設計（jì）與製造帶來了方便。

2.刀具的選擇方式

一（yī）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（fǎ）有順序選刀和任意選刀兩種（zhǒng），順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照（zhào）工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是（shì）按順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫（kù）中（zhōng）的刀具順序。其優點是刀庫的驅動（dòng）和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量（liàng）較大、工件品種數（shù）量較少的中、小（xiǎo）型數控機床的自（zì）動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係統都采用任意（yì）選刀的方式，其分為（wéi）刀套編碼、刀（dāo）具編碼（mǎ）和記憶式等三種。

3.刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀（dāo）具（jù）或刀套上安裝（zhuāng）用於識別的編碼條，一般都是（shì）根（gēn）據二進製（zhì）編碼的原理（lǐ）進（jìn）行編碼。刀具編碼選刀（dāo）方式采用了一種（zhǒng）特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把（bǎ）刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在（zài）不同的（de）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（shǎo）。但每把刀（dāo）具上都帶有（yǒu）專用的編（biān）碼環，刀具長度加長，製造困難，刀（dāo）庫（kù）和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻（zhī）對應一個刀套，從一個刀（dāo）套中取出的刀具必須放回同一（yī）刀套（tào）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方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀（dāo）套位置（zhì）對應地記憶在（zài）數控係統的（de）PLC中，無論刀具放在哪個刀套（tào）內，刀具信息都始終記存在PLC內（nèi）。刀庫上裝有位置檢測裝（zhuāng）置（zhì），可（kě）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（shàng）還設（shè）有機械原點，使每次選刀時就近選取（qǔ）。

三、刀具交（jiāo）換裝置

數控機床的自動（dòng）換刀裝（zhuāng）置中，實現（xiàn）刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置（zhì）。刀具的交換方式有兩種（zhǒng）：由刀庫與機（jī）床主軸的相對（duì）運（yùn）動實現刀具交（jiāo）換以及采（cǎi）用機械手交換刀具。利用刀庫與（yǔ）機床主軸的相對運（yùn）動實現刀具交換的裝置在（zài）換刀時必須首先（xiān）將（jiāng）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（huàn）刀時間較（jiào）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（hé）刀庫中的刀具，因此換刀（dāo）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（zhè）是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單（dān）。機械手能夠完成抓刀—拔刀（dāo）—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防（fáng）止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。