​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾（jǐ）種（zhǒng）？

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數控機床為了能在工（gōng）件一次裝夾中完成多道加工（gōng）工序，縮短輔助時間（jiān），減少（shǎo）多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動（dòng）換（huàn）刀裝（zhuāng）置應當滿足換（huàn）刀時間（jiān）短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足（zú）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（zhuāng）置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單（dān）的自動換（huàn）刀（dāo）裝置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回（huí）轉刀架上分別安裝（zhuāng）著四（sì）把、六把（bǎ）或更多的刀具（jù），並按數控裝（zhuāng）置（zhì）的指令換刀。

回轉刀架在結（jié）構上必須具有良好（hǎo）的強度和剛度，以承受粗加工時（shí）的切削抗力。由於車削加工精度在很大（dà）程度上取決於（yú）刀尖位置，對於（yú）數控車床來說，加工（gōng）過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇（zé）可靠的定位（wèi）方（fāng）案和合理的定（dìng）位結構，以保證（zhèng）回轉刀架在每次（cì）轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（dù）（一般為0.001～0.005mm）。

一（yī）般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀（dāo）架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換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（zhǔ）軸頭實際上就（jiù）

是一個轉塔刀庫。

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

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆（sōng）、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複（fù）雜操作，從而縮短了（le）換（huàn）刀（dāo）時間，並提高了換（huàn）刀的可靠性。但是（shì）由於空間位置的限（xiàn）製，使主軸部件結構尺寸不（bú）能太大，因（yīn）而影響了主軸係統的（de）剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結（jié）構尺寸（cùn）增大。因此（cǐ），轉塔主軸頭（tóu）通常隻適用於工序較少（shǎo）、精度（dù）要求不（bú）太高的機（jī）床，例如數控鑽、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（zhì）容納的（de）刀具數量不能太（tài）多，不能滿足複雜零件（jiàn）的（de）加工需要，因此，自動換刀數控（kòng）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（huàn）刀機構組成，換（huàn）刀過程較為複雜。首先要（yào）把加（jiā）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，按一定的（de）方式放入刀庫。換刀時，先在（zài）刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上（shàng）取出刀具，進行（háng）交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫（kù）。刀庫具（jù）有（yǒu）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（zì）動換刀（dāo）裝置的數控機床的主軸箱（xiāng）內隻有一根主軸，主軸部件的剛（gāng）度要高，以滿足精密加工要求。

另（lìng）外，刀庫內刀具數量較大（dà），因而能夠（gòu）進行複雜零件的多工（gōng）序加工，大大提高（gāo）了機床的適應性（xìng）和加工效率。帶刀庫的自動（dòng）換刀係統適用（yòng）於數控鑽削中（zhōng）心（xīn）和加工中心（xīn）。

二、刀（dāo）庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲（chǔ）備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多（duō）種（zhǒng）形式，刀庫的形式和容量要根據機床的（de）工藝範圍來確定。圖（tú）7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主（zhǔ）軸同向，換刀時主（zhǔ）軸箱上升到一定（dìng）的（de）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，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀（dāo）庫向前運動（dòng），拔出主（zhǔ）軸上的（de）刀具，然後刀庫將下一個工序（xù）所用的刀具旋（xuán）轉至與主（zhǔ）軸對準的位置，刀庫後退將新（xīn）刀具插入主（zhǔ）軸孔中，主軸（zhóu）夾緊刀柄，主（zhǔ）軸箱下降到工（gōng）作位置，完成換刀任務（wù），進行下道工序的（de）加工（gōng）。此換刀（dāo）裝置的（de）優（yōu）點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間（jiān）長，適用於刀庫容量較小（xiǎo）的加工中心（xīn）。

對於刀庫容量需（xū）要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的（de）結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形（xíng）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（liàn）條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀（dāo）庫（kù）內存放（fàng）有（yǒu）多把刀具，每次換刀前要（yào）進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在加（jiā）工之前（qián），將加工零件所需刀具按照工（gōng）藝要求依次（cì）插入刀（dāo）庫的刀套中，加工是按順（shùn）序調刀，加工不同的工件（jiàn）時必（bì）須重新調整刀庫中的刀具順序。其優（yōu）點是（shì）刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式（shì）適合加工批量較大、工件品種數（shù）量較少的中、小型數控機床的（de）自動換刀（dāo）。

隨著數控係統的發展，目前大多數的（de）數控係（xì）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（jì）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具或刀套上安裝用於識別（bié）的編碼條，一般都是根據（jù）二進製編碼的原理進行編碼（mǎ）。刀（dāo）具編碼選刀方式采（cǎi）用了一種（zhǒng）特殊的刀柄結（jié）構，並對（duì）每把刀具編碼。每把刀具都具有自（zì）己（jǐ）的代（dài）碼，因而刀具可在不（bú）同的工序中多次重複使用，換下的刀具不（bú）用放回原刀（dāo）座，刀庫的容量也可相應減少。但每（měi）把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造（zào）困（kùn）難，刀庫和機械手的結（jié）構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對（duì）應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一（yī）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方式。這種方式能將刀具（jù）號和刀庫中的刀套位置對應地記（jì）憶在數控係統的PLC中（zhōng），無論刀（dāo）具放（fàng）在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀（dāo）具就可以任意取出並送回。刀庫上還（hái）設有機械（xiè）原點，使每次選刀（dāo）時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控（kòng）機床的自動換刀裝（zhuāng）置中，實現刀庫（kù）與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交（jiāo）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（xiàn）刀具交換以及采用機械手交換刀具。利用刀（dāo）庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首先將（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（bú）能同時進行，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裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進（jìn）一步縮短。采用機械手進行刀具（jù）交換的方式應用最（zuì）廣泛。這是因（yīn）為機械手換刀靈活，動（dòng）作快，而且（qiě）結（jié）構簡單。機（jī）械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等（děng）一係列動（dòng）作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機（jī）構。