控機床的自動（dòng）換刀裝置，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（gōng）工序，縮（suō）短輔助時間（jiān），減少多（duō）次安裝工件所引（yǐn）起的（de）誤差，必須帶有自動換刀（dāo）裝置（zhì）。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短（duǎn）、刀具重（chóng）複定位精度高、刀具儲存量（liàng）足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝（zhuāng）置的形式

1．回轉刀架換刀（dāo）

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（jì）成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝（zhuāng）刀刀架等多種形式。回（huí）轉（zhuǎn）刀架上分別安裝（zhuāng）著四把、六把或更（gèng）多的刀具，並按數控裝置的指（zhǐ）令換刀。

回轉刀（dāo）架在結構上必須（xū）具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度在很大程（chéng）度上取決於刀尖位置，對於數控（kòng）車床來說（shuō），加工（gōng）過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案（àn）和（hé）合理的定位結構，以保證（zhèng）回轉刀架在每次轉位（wèi）之後（hòu），具有盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動（dòng）作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓（yā）緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉（zhuǎn）為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具（jù）的數控機（jī）床的（de）一種比較簡單的換刀方式。這種（zhǒng）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（zhǒng），通（tōng）常用轉（zhuǎn）塔的轉位來更（gèng）換主軸頭，以（yǐ）實現自動換刀。在轉塔的各個主（zhǔ）軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當（dāng）發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並（bìng）接通主運動，使（shǐ）相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加（jiā）工（gōng）位置上的主軸都（dōu）與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自（zì）動（dòng）鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可（kě）靠（kào）性。但是（shì）由於空間（jiān）位置的限製，使主軸部件結構（gòu）尺（chǐ）寸（cùn）不能太大，因而影響了主軸（zhóu）係統的剛性。為（wéi）了保證主軸的（de）剛（gāng）性（xìng），必須限製主軸的數目（mù），否則會使結構尺寸增大。因（yīn）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（de）機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動（dòng）換刀係統

由於回轉刀架（jià）、轉塔頭式換（huàn）刀裝置（zhì）容納的刀具數量不能（néng）太（tài）多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采（cǎi）用帶刀（dāo）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（gòu）組成，換刀過程較為複雜。首先（xiān）要把（bǎ）加（jiā）工過程中使（shǐ）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，按一定的方式放（fàng）入（rù）刀庫。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，將新刀裝入主軸，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，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求（qiú）。

另外，刀庫內刀具數量較（jiào）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效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具（jù）的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量（liàng）的刀具，通（tōng）過機械手實（shí）現與主軸（zhóu）上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀（dāo）庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的（de）工藝範（fàn）圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸（zhóu）同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的刀具正好對（duì）準刀庫最（zuì）下（xià）麵（miàn）的那個位置，刀具被夾住，主軸（zhóu）在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔（bá）出主軸上的刀（dāo）具，然後刀（dāo）庫將下一個工序所用的（de）刀具旋轉至與（yǔ）主軸對準的位置，刀庫後退將（jiāng）新刀具插入主軸孔（kǒng）中，主軸夾緊刀（dāo）柄，主軸箱下降到工作位（wèi）置，完成（chéng）換刀任務，進行下道工序（xù）的加工。此換刀裝置的優點是（shì）結構簡單，成本較低，換刀可靠（kào）性較好；缺點是換刀時間（jiān）長（zhǎng），適用於刀庫（kù）容量較小的加工中心。

對於刀庫容量（liàng）需（xū）要（yào）較大的加工中心可采用鏈式（shì）刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結（jié）構緊湊（còu），刀庫容量較大，鏈環的形（xíng）狀可根據機床的布局製成各（gè）種形狀，也可將（jiāng）換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀（dāo）具數量時（shí），隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫（kù）內存放有多把刀具，每次換刀前（qián）要（yào）進行（háng）選刀，常用（yòng）的選（xuǎn）刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將（jiāng）加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀（dāo）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，這種方式適合（hé）加工批量較大（dà）、工件品種數（shù）量較少的中、小型數控機床的（de）自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數（shù）的數控（kòng）係統都（dōu）采用任意選（xuǎn）刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀（dāo）具編碼（mǎ）或（huò）刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝（zhuāng）用於（yú）識別的編碼（mǎ）條（tiáo），一般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄（bǐng）結構，並對每把刀具編（biān）碼。每把（bǎ）刀具都具有（yǒu）自己的（de）代碼，因而刀（dāo）具可在不同的工（gōng）序中多次重複使用，換下的刀具不（bú）用放回原刀座，刀庫的容量也可相應（yīng）減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加（jiā）長（zhǎng），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）刀具隻對應一個刀套，從一個刀（dāo）套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間（jiān）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（yīng）地記憶在數控係統的PLC中，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（de）位置信（xìn）息。這樣（yàng）刀具就可以任意取出並送（sòng）回。刀庫上還設（shè）有機械原點，使每次選刀（dāo）時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的（de）自動換刀裝置中，實現刀庫與機（jī）床主軸（zhóu）之間傳（chuán）遞和裝卸刀具（jù）的裝置稱為刀具交換（huàn）裝置。刀具的（de）交換方式有兩種：由刀（dāo）庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及采用機械手交換刀（dāo）具。利（lì）用刀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用過的刀具（jù）送回刀（dāo）庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩（liǎng）個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用（yòng）機械手換刀（dāo）裝置（zhì）在換刀時能夠（gòu）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（wéi）機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠（gòu）完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動（dòng）作。為了防（fáng）止刀具（jù）掉落，機械（xiè）手的活動爪都帶有自鎖機（jī）構。