數控機床的自動換（huàn）刀裝置，你認識幾種？

數控機床（chuáng）為了（le）能在工件一次裝夾中完成多道加工工（gōng）序，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（huàn）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（dù）高（gāo）、刀具（jù）儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安（ān）全（quán）可靠等基本要（yào）求。

一、自動換刀（dāo）裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回（huí）轉刀（dāo）架是一種最簡單的自（zì）動換刀裝（zhuāng）置（zhì），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（dāo）架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四（sì）把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀（dāo）架在結構上必須具有良好的（de）強度和剛度，以承受粗加工時的切削（xuē）抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數（shù）控車床來說，加工過程中刀具位（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（dìng）位結（jié）構，以保證回轉刀架在每次轉（zhuǎn）位之後，具有盡（jìn）可能高的重複定位精（jīng）度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下（xià），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（zhóu）頭換刀（刀具旋轉為（wéi）主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的一種（zhǒng）比較簡單的換刀（dāo）方式。這種（zhǒng）主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫（kù）。

主軸頭有臥式（shì）和立（lì）式兩種（zhǒng），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，預先安裝有各工序所需要的旋（xuán）轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加（jiā）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）於不加工位置上的主（zhǔ）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、卸刀、裝刀以及刀（dāo）具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了（le）換（huàn）刀（dāo）時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸（cùn）不能太大（dà），因而影響了主軸係統的剛性（xìng）。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因（yīn）此，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、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架（jià）、轉塔頭式換刀裝（zhuāng）置容納的刀（dāo）具數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換（huàn）刀（dāo）數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構組成，換刀（dāo）過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝（zhuāng）在標準刀柄上，在機外進行尺寸預（yù）調整後（hòu），按（àn）一定（dìng）的方式放入刀（dāo）庫。換刀時，先在刀庫中選刀（dāo），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（rù）主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的（de）側麵或上方。由於（yú）帶（dài）刀庫的自動換刀裝置（zhì）的數控（kòng）機床的主軸箱內隻有一（yī）根主軸，主軸部（bù）件的剛度（dù）要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因（yīn）而能夠進行（háng）複雜零件（jiàn）的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀（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

刀庫（kù）的作（zuò）用是儲備一定數（shù）量的刀具（jù），通（tōng）過機械手實現（xiàn）與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形（xíng）式，刀庫的形（xíng）式（shì）和容量要根（gēn）據機床（chuáng）的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀（dāo）具的方向與主軸同向，換刀時主（zhǔ）軸箱上升（shēng）到一定的位置，使主（zhǔ）軸上的刀具正好對準刀（dāo）庫（kù）最下麵（miàn）的那個位置（zhì），刀具被夾住，主軸在CNC的控（kòng）製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前（qián）運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫（kù）將下一（yī）個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具（jù）插入主軸孔（kǒng）中，主軸夾緊刀（dāo）柄，主軸箱下降到工作位置（zhì），完成換刀任務，進行下道工（gōng）序的（de）加（jiā）工。此換刀裝置的優點是（shì）結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀（dāo）庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大（dà），鏈環的形狀可根據機床（chuáng）的布局製成各種形狀，也可將（jiāng）換刀位突出以便於換刀。當需要增（zēng）加刀具數量時，隻需（xū）增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了（le）方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀（dāo）是在加（jiā）工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按（àn）順序調刀，加工不同的工件（jiàn）時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方（fāng）式適合加工批量較大、工件品種數（shù）量較少的中、小型數控機床的自動換（huàn）刀。

隨著數（shù）控係統的發展，目前大（dà）多數的（de）數控係統都采用任（rèn）意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具（jù）編碼和記憶式（shì）等三種。

3. 刀具編碼方式（shì）

刀具編碼或刀套編（biān）碼需要在刀具（jù）或刀套上安裝用於識（shí）別的編碼條，一般都是（shì）根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並（bìng）對（duì）每（měi）把刀具編碼。每把刀具（jù）都具有自（zì）己的代碼（mǎ），因而（ér）刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用（yòng）放回原（yuán）刀座，刀庫的容量也可相應減（jiǎn）少。但每把刀具上都帶有專（zhuān）用（yòng）的編（biān）碼環，刀具長（zhǎng）度加（jiā）長，製造（zào）困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一（yī）把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的（de）刀具（jù）必須（xū）放（fàng）回同一刀套中，取送刀具十分麻（má）煩，換刀時間長。目前（qián）在（zài）加工中（zhōng）心上大（dà）量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀（dāo）庫中的刀套位置對應（yīng）地記憶在數控（kòng）係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始（shǐ）終記存在PLC內。刀庫上（shàng）裝有位（wèi）置檢測（cè）裝（zhuāng）置，可（kě）獲得每個刀套（tào）的位（wèi）置信息。這樣刀具就可以任意（yì）取出並送回（huí）。刀庫上還設有機械原點，使（shǐ）每次選刀時就近選取。

三（sān）、刀（dāo）具交換裝置

數控機（jī）床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間（jiān）傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀（dāo）具交換裝（zhuāng）置。刀具（jù）的交換（huàn）方式有兩種：由刀（dāo）庫與機床（chuáng）主軸的相對運動實（shí）現刀具交換以及采用機械手交換刀（dāo）具。利用刀庫與機床主軸的相對運動（dòng）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回刀庫（kù），然後再從刀庫中（zhōng）取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時（shí）能夠同時抓取和裝卸機床主軸（zhóu）和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手（shǒu）進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀（dāo）靈活，動作快，而且結構簡（jiǎn）單。機械手能夠完成抓刀—拔刀（dāo）—回轉—插刀（dāo）—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械（xiè）手的活（huó）動爪都帶有自鎖機構。