數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了能在工件一次（cì）裝夾中完成多道（dào）加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差（chà），必須帶有自動換刀（dāo）裝置。自動換刀裝（zhuāng）置應當滿足換（huàn）刀（dāo）時間短、刀具重複定（dìng）位精度高（gāo）、刀具儲（chǔ）存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置（zhì）的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架（jià）是一種最（zuì）簡單的自（zì）動換刀裝置，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（xiàng）裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更（gèng）多的刀具，並按（àn）數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有（yǒu）良（liáng）好的強度和剛（gāng）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度上取（qǔ）決於刀尖位（wèi）置，對於數控車床來說，加（jiā）工（gōng）過（guò）程中刀具（jù）位置不進（jìn）行人工（gōng）調整，因此更有必要選（xuǎn）擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉（zhuǎn）刀架（jià）在每次轉位（wèi）之後，具（jù）有盡可能（néng）高的重（chóng）複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回（huí）轉刀架的換刀動作包括刀架抬起（qǐ）、刀架轉位（wèi）及刀架壓緊（jǐn）等。

2．更換（huàn）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（de）數控（kòng）機床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉（zhuǎn）塔的轉（zhuǎn）位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預（yù）先安裝有各工序所需要的（de）旋（xuán）轉刀（dāo）具，當發出（chū）換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動（dòng），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（yǔ）主運動脫開。

這種更換主（zhǔ）軸換刀裝置，省去了自動（dòng）鬆、夾、卸刀、裝（zhuāng）刀以及刀具搬運等一係列（liè）的複雜操作，從而縮（suō）短了換（huàn）刀（dāo）時間，並提高了換刀（dāo）的可靠性。但是由於空間位置的限製，使（shǐ）主軸部（bù）件結構尺寸不能太大，因而（ér）影響（xiǎng）了主軸係統的剛性。為了（le）保（bǎo）證主軸的剛性，必須限製主軸的數（shù）目，否則（zé）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，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係（xì）統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具（jù）數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工（gōng）需要，因此，自動換刀數控機床（chuáng）多采用帶刀庫的（de）自（zì）動（dòng）換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫（kù）和換刀（dāo）機構組成（chéng），換刀過程較為複雜。首先（xiān）要把（bǎ）加工過程中使用的全部刀具分別安裝（zhuāng）在標準刀柄（bǐng）上，在機外進行尺寸（cùn）預調整（zhěng）後，按一定的方式（shì）放入刀庫（kù）。換（huàn）刀時，先在刀（dāo）庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進（jìn）行交換，將新刀裝入（rù）主軸，舊（jiù）刀放回刀庫。刀庫具有較（jiào）大的（de）容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由（yóu）於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機（jī）床（chuáng）的主軸箱內隻有一根（gēn）主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另（lìng）外，刀庫（kù）內刀具數量較大，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（shì）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、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的（de）刀具，通過（guò）機（jī）械手實現與主軸上（shàng）刀具的互換（huàn）。刀庫的類型有盤（pán）式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形（xíng）式和容量（liàng）要根據機床（chuáng）的工藝範圍來確（què）定（dìng）。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸（zhóu）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，刀具被夾住，主軸（zhóu）在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀（dāo）庫向（xiàng）前運動，拔出主（zhǔ）軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用（yòng）的刀具旋轉至（zhì）與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主（zhǔ）軸箱下降到工作（zuò）位置，完成換刀任務，進行下道工序（xù）的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單（dān），成本較低，換（huàn）刀可靠性較好（hǎo）；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

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

2. 刀具（jù）的選擇方式

一般的刀（dāo）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（xù）選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依（yī）次插入（rù）刀庫的刀套中（zhōng），加工是按順序調刀，加工不同的工件時（shí）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，這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少（shǎo）的中（zhōng）、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前（qián）大多（duō）數的數控係統都采用任意選刀（dāo）的方式（shì），其分（fèn）為刀套編碼、刀具編碼和記憶式（shì）等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀（dāo）套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，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（le）一種特殊的刀柄結構（gòu），並（bìng）對（duì）每把（bǎ）刀具編碼。每把（bǎ）刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不（bú）用放（fàng）回原刀座，刀庫的容量也可相應減少（shǎo）。但每把（bǎ）刀（dāo）具上都帶有（yǒu）專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構（gòu）變複雜。刀套編碼的（de）方（fāng）式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須（xū）放回同一刀套中，取（qǔ）送（sòng）刀（dāo）具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上（shàng）大量使（shǐ）用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在（zài）數控係（xì）統的PLC中，無論（lùn）刀具（jù）放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢（jiǎn）測裝置，可獲（huò）得每個刀套的（de）位置信息。這樣刀具就可以（yǐ）任意取出並送回。刀庫上還設（shè）有機（jī）械原點，使每次（cì）選（xuǎn）刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數（shù）控機床（chuáng）的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主（zhǔ）軸（zhóu）之間傳遞（dì）和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的（de）交換方式有兩種：由刀庫與（yǔ）機床主軸的相對運（yùn）動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運動實現刀具（jù）交換（huàn）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（dāo）具，兩個動作不能同（tóng）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（zhuā）取和裝卸機床主軸和刀庫中（zhōng）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。這是因為機械手換（huàn）刀靈活，動作快（kuài），而且結構簡單。機械手能夠完（wán）成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀（dāo）具掉落，機（jī）械手的活動爪都帶（dài）有自鎖機構。