​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

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數控機床為了能在工件一次（cì）裝夾（jiá）中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝（zhuāng）工件所引（yǐn）起的誤差（chà），必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複（fù）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（qiú）。

一、自動換（huàn）刀裝置的形式

1．回轉刀（dāo）架換刀

回（huí）轉刀架是一（yī）種（zhǒng）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（zhóu）向裝（zhuāng）刀（dāo）刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多（duō）的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強（qiáng）度和剛度，以承受粗加工時的（de）切削抗力。由於車削加工精（jīng）度在很大程度上取決於刀尖位置，對於（yú）數控（kòng）車床來說，加工過程中刀具位置不進（jìn）行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的（de）定位結構，以保證（zhèng）回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重（chóng）複（fù）定（dìng）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（zhóu）頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更（gèng）換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的（de）一種比較（jiào）簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸（zhóu）頭有臥式和立式兩種，通（tōng）常用（yòng）轉（zhuǎn）塔（tǎ）的轉位來更換主（zhǔ）軸頭，以實現自動換刀。在轉（zhuǎn）塔的各個主軸上（shàng），預先安裝有各工序所需（xū）要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭（tóu）依次地轉到加工位（wèi）置，並接通（tōng）主運動，使相應的主軸帶（dài）動刀具旋轉。而其它處於不加工位置（zhì）上的主軸都與（yǔ）主運（yùn）動脫開。

這種更換（huàn）主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸（xiè）刀（dāo）、裝刀（dāo）以及（jí）刀具搬運等一係列（liè）的複（fù）雜操作，從而（ér）縮短了換刀時間，並提高了換刀（dāo）的（de）可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影（yǐng）響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製（zhì）主軸（zhóu）的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，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（rú）數控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置（zhì）容納的刀具數量不能太多，不能滿足複（fù）雜（zá）零件的加工需要，因此，自（zì）動換刀數控機床多采用帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置。帶刀庫的（de）自（zì）動換刀裝置由刀庫和換刀機（jī）構組（zǔ）成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機（jī）外進行尺寸預調整後，按一定的方（fāng）式放入刀庫。換（huàn）刀時，先在（zài）刀庫中選刀，再由換刀（dāo）裝置從刀庫或（huò）主軸上（shàng）取出刀具，進行交換，將新（xīn）刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀（dāo）庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的（de）側（cè）麵或上方。由（yóu）於帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置的數控（kòng）機床的主軸箱（xiāng）內隻有一（yī）根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加（jiā）工要求。

另外，刀庫內刀具數（shù）量較大，因而能夠進（jìn）行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床的（de）適（shì）應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用（yòng）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

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實（shí）現與主軸上刀（dāo）具的互（hù）換。刀庫的類型有盤式（shì）刀庫、鏈式刀庫（kù）等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的（de）方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升（shēng）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，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤（pán）式（shì）刀庫向前運動，拔（bá）出主軸上的刀具，然（rán）後刀庫將下一個工序所（suǒ）用的刀具旋轉至與主軸對準的位（wèi）置，刀庫後退將新刀具插入（rù）主軸孔（kǒng）中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行（háng）下道工序（xù）的加（jiā）工。此（cǐ）換刀（dāo）裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性（xìng）較（jiào）好（hǎo）；缺點（diǎn）是換刀時間長，適（shì）用於（yú）刀庫容量較（jiào）小的加工中心。

對於刀（dāo）庫容（róng）量需要較大的加工中心可（kě）采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式（shì）刀庫的結構緊（jǐn）湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的（de）布局製成（chéng）各種形狀，也可將換刀（dāo）位突出以便於換刀。當（dāng）需要增（zēng）加刀具數量時（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（fāng）式

一般的刀庫內存放有多把刀（dāo）具，每次換刀前（qián）要進行選刀，常（cháng）用的選（xuǎn）刀（dāo）方法有順序選刀和（hé）任（rèn）意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加（jiā）工零件所需刀具（jù）按照工藝要求依次插入刀庫的（de）刀套中，加工是（shì）按順序調刀（dāo），加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是（shì）刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式（shì）適（shì）合加工批量較大（dà）、工件品種數量較少（shǎo）的中、小型數控機床的自動（dòng）換刀。

隨著數控係統的（de）發展，目前大多數的數控係統都（dōu）采用任意選刀的方式（shì），其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等（děng）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（zhuāng）用於識別的編碼條，一般都是根（gēn）據（jù）二進製編碼（mǎ）的原理進行（háng）編碼。刀具編碼（mǎ）選刀方式（shì）采用了一種特殊的（de）刀柄（bǐng）結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的（de）工序中（zhōng）多次（cì）重複（fù）使（shǐ）用，換下的刀（dāo）具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少（shǎo）。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機（jī）械手的結構變複雜。刀（dāo）套編碼的（de）方式是一把刀（dāo）具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須（xū）放回（huí）同一刀套中，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（yì）式的方式（shì）。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應（yīng）地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫（kù）上裝有位置（zhì）檢（jiǎn）測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣（yàng）刀具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機械（xiè）原點，使每次選刀時就近（jìn）選取。

三、刀具交換裝置

數控（kòng）機床的自動換刀裝置（zhì）中，實現刀庫與（yǔ）機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換（huàn）方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動（dòng）實現刀具交換以及采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對（duì）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送回刀庫，然後再從刀庫中取出新（xīn）刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采（cǎi）用機械手換刀裝置在（zài）換刀時（shí）能夠同時抓取和裝卸機床主軸和（hé）刀庫中的刀具（jù），因此換刀時間進一步縮短。采用機械（xiè）手進行（háng）刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而（ér）且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉（zhuǎn）—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀（dāo）具掉落，機（jī）械手（shǒu）的活（huó）動（dòng）爪都帶有自鎖機構。