數控機床的自動換刀裝置，你（nǐ）認識幾（jǐ）種？

數控機床為了能在工件一（yī）次裝夾中完成多道加工工序，縮（suō）短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝（zhuāng）置。自動換刀裝置應當（dāng）滿足換刀時間短、刀具重複定位（wèi）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（yào）求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀（dāo）架換刀

回轉刀（dāo）架是（shì）一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可（kě）以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向（xiàng）裝刀刀架等多種（zhǒng）形式。回轉刀架上（shàng）分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指（zhǐ）令（lìng）換刀。

回（huí）轉刀架在結構上必須具有良（liáng）好的強度和剛度（dù），以承受粗加工時的（de）切削（xuē）抗力。由於車削加（jiā）工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過（guò）程中刀（dāo）具（jù）位置不進行人工調（diào）整（zhěng），因此更有必要選擇可（kě）靠的定位方案和合理（lǐ）的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位（wèi）之後，具有（yǒu）盡可（kě）能高的（de）重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運（yùn）動）

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

是一個轉塔刀（dāo）庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用（yòng）轉塔的轉位來更換主（zhǔ）軸頭，以實現自動換刀（dāo）。在轉塔的各個主軸（zhóu）上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地（dì）轉到加工位置（zhì），並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具（jù）旋轉（zhuǎn）。而其它處（chù）於不加工位置上的（de）主軸都與主運動（dòng）脫（tuō）開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了（le）自動鬆、夾、卸刀、裝刀（dāo）以及刀具搬運等一（yī）係列的複雜操作，從而縮短了換刀時（shí）間，並提高了（le）換刀的可靠性。但（dàn）是由於空間位置（zhì）的（de）限（xiàn）製，使主（zhǔ）軸部件結構尺寸不能太大，因而（ér）影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸（zhóu）的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉（zhuǎn）塔主（zhǔ）軸頭通常隻適用於（yú）工序較少、精度要求不太高的（de）機床（chuáng），例如數控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉（zhuǎn）塔頭式換刀裝置容納的刀具數（shù）量不能太多（duō），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用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由（yóu）刀庫和換刀機構組成，換刀過（guò）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（zài）標準刀柄上，在機外進行尺寸預調（diào）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（shàng）取出刀具，進行交換，將新（xīn）刀（dāo）裝入（rù）主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主（zhǔ）軸箱的側麵或上（shàng）方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主（zhǔ）軸箱（xiāng）內隻有一根主軸（zhóu），主軸部件（jiàn）的剛度要（yào）高，以滿足精密加（jiā）工要求。

另外，刀庫內刀具數（shù）量（liàng）較大，因而能夠進（jìn）行（háng）複雜零件的（de）多（duō）工序加工，大大提高了機床的（de）適應性和加（jiā）工效（xiào）率。帶（dài）刀（dāo）庫的（de）自動換刀係統適用於數控鑽（zuàn）削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具（jù）的選擇方（fāng）式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備（bèi）一定數量（liàng）的刀具，通（tōng）過機械手實現與主（zhǔ）軸（zhóu）上刀具的互換。刀庫的類（lèi）型有盤式刀庫、鏈（liàn）式刀庫等多種形式，刀（dāo）庫的形式和容（róng）量要根（gēn）據機床的工（gōng）藝（yì）範圍來確定（dìng）。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與（yǔ）主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置（zhì），刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔（bá）出主軸上的刀具（jù），然後刀庫將下（xià）一個工序所用的刀具旋轉至（zhì）與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀（dāo）具插入主軸（zhóu）孔中，主軸夾緊刀（dāo）柄，主軸箱下（xià）降到工作位置，完成（chéng）換刀任務，進（jìn）行下道工序的加工。此換刀裝置的優點（diǎn）是結（jié）構簡單，成本較（jiào）低，換刀可（kě）靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫（kù）容量較小的加工中心。

對於刀（dāo）庫（kù）容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式（shì）刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據（jù）機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要（yào）增加刀具數量時，隻（zhī）需增加（jiā）鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便（biàn）。

2. 刀具的選擇方式

一般的（de）刀庫內存放（fàng）有多把刀具，每次換刀前要進行選（xuǎn）刀，常用的選刀（dāo）方（fāng）法（fǎ）有順序選刀和（hé）任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，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（jiā）工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具（jù）順（shùn）序。其優點（diǎn）是刀庫的驅動和（hé）控製都比（bǐ）較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種（zhǒng）數量較少的中、小型數控（kòng）機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展（zhǎn），目前大多數的數控係統（tǒng）都采用任意（yì）選刀的方式（shì），其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶（yì）式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在（zài）刀具或刀套上安裝用於識（shí）別的（de）編碼條，一（yī）般都（dōu）是根據二進製編碼的原理進（jìn）行（háng）編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀（dāo）柄（bǐng）結（jié）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（kě）在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座（zuò），刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用（yòng）的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的（de）結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻（zhī）對應一（yī）個刀套（tào），從一個（gè）刀套中取出的刀具必須（xū）放回同一刀套中，取送刀（dāo）具十分麻煩，換刀（dāo）時間長。目前在（zài）加工中心上大量使用記憶式的方式。這（zhè）種方式能將刀（dāo）具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係（xì）統的PLC中，無論刀具放（fàng）在哪個刀套內，刀具（jù）信息都始終記存在PLC內。刀庫（kù）上裝有位（wèi）置檢測裝置，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（yuán）點，使每次選刀時就（jiù）近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動（dòng）換刀（dāo）裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸（xiè）刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方（fāng）式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換（huàn）以及采用機械手交換（huàn）刀具。利用刀庫與機床主軸（zhóu）的相對運動實現（xiàn）刀具交換的（de）裝（zhuāng）置在換刀（dāo）時必須首先將用過的刀（dāo）具送回刀庫，然後再從刀（dāo）庫中取出新（xīn）刀具，兩個（gè）動作不能同時進行，換刀（dāo）時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀（dāo）時能夠同時抓取和（hé）裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因（yīn）此換刀（dāo）時間進一步縮短。采用機械（xiè）手（shǒu）進行刀具交換的方（fāng）式（shì）應用最廣泛。這是因為機械手（shǒu）換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓（zhuā）刀—拔刀—回轉—插（chā）刀—返回（huí）等一（yī）係列動作。為了防止（zhǐ）刀具（jù）掉落，機械手的活（huó）動爪都帶有自鎖機構。