數控機床的自動換刀裝置，你認（rèn）識幾種？

數控機床為了能在工件一次裝夾中完成（chéng）多道（dào）加工工序，縮短（duǎn）輔助時間，減少多次安裝（zhuāng）工件所引起的誤差，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、刀具重複定位精度高、刀具（jù）儲（chǔ）存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本（běn）要求。

一、自動換刀裝置的（de）形（xíng）式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動（dòng）換刀裝置（zhì），常用於數控車床。可以設計成四（sì）方（fāng）刀架、六（liù）角刀架或圓盤（pán）式軸向裝刀刀架等多種形式。回（huí）轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控（kòng）裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須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（jiā）工精度在很大程度上取決於刀尖位（wèi）置，對於數控車床來說，加工過程中刀（dāo）具位（wèi）置不進行人工調整（zhěng），因（yīn）此更有必要選擇可靠的定位方案和合（hé）理（lǐ）的定位結（jié）構，以保證回轉刀（dāo）架在每次轉位之後，具有盡可能（néng）高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一（yī）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（jǐn）等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉（zhuǎn）為主運（yùn）動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的（de）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（zhǔ）軸頭有臥（wò）式（shì）和立式兩種，通常（cháng）用轉（zhuǎn）塔的轉位來更換主軸頭，以實現自（zì）動換刀。在轉（zhuǎn）塔的各個主軸上，預（yù）先安（ān）裝有各工序所需要（yào）的旋轉（zhuǎn）刀具（jù），當發出（chū）換刀指令時，各（gè）主（zhǔ）軸頭依次地轉到加工（gōng）位置，並接通主運動，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主（zhǔ）運動脫開（kāi）。

這種更換主軸換刀（dāo）裝置，省去了自動（dòng）鬆（sōng）、夾、卸刀、裝刀以（yǐ）及刀（dāo）具搬運等一係列的（de）複雜操作，從而縮短了換刀時（shí）間，並提（tí）高了換刀的可靠性（xìng）。但是（shì）由於（yú）空間位置的限製，使主（zhǔ）軸部件結構尺寸不能太（tài）大（dà），因而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸（zhóu）的（de）數目（mù），否則會使結（jié）構尺寸增大（dà）。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求（qiú）不太高的機床，例如數控鑽、銑（xǐ）床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的（de）刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數（shù）控機床多采用帶刀（dāo）庫（kù）的自動換刀裝置。帶（dài）刀庫的自（zì）動（dòng）換刀裝置由刀（dāo）庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使（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，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫（kù）或主軸上取出（chū）刀具，進（jìn）行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放（fàng）回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵（miàn）或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數（shù）控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主（zhǔ）軸部（bù）件的剛度要高（gāo），以滿足精密加工要求。

另（lìng）外，刀庫內刀具（jù）數量較（jiào）大，因而能夠進行複雜（zá）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（yú）數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇（zé）方式

1.刀庫類型

刀庫（kù）的作用（yòng）是儲（chǔ）備（bèi）一定數（shù）量的刀具，通過機械（xiè）手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和（hé）容量要根據機床的工（gōng）藝範圍來確定。圖7-16所示（shì）的盤式刀庫，刀（dāo）具的方向（xiàng）與主軸同（tóng）向，換（huàn）刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上（shàng）的刀具正（zhèng）好對準刀（dāo）庫最（zuì）下麵（miàn）的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄（bǐng），盤式刀庫向前（qián）運動，拔出主軸上的（de）刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具（jù）旋轉至與（yǔ）主軸對準的位置，刀庫後退將新（xīn）刀具插入主軸孔中（zhōng），主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到（dào）工作位置，完成換刀任務，進行下（xià）道工序的加工。此換刀（dāo）裝置的優（yōu）點是結構簡（jiǎn）單，成本較（jiào）低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時（shí）間長，適（shì）用於刀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（dāo）庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀（dāo）庫容量較大，鏈環（huán）的形狀（zhuàng）可根（gēn）據機床（chuáng）的布局製成各種形狀，也可將換刀位（wèi）突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時（shí），隻需（xū）增加鏈條的長度即（jí）可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的（de）選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀（dāo）具，每次換刀前要進（jìn）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）是在加工之前，將加工零件（jiàn）所需刀具（jù）按照工藝（yì）要求依次插入刀庫的（de）刀套中，加工是按（àn）順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀（dāo）具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此（cǐ），這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自（zì）動換刀。

隨著數控係統的發（fā）展，目前大多（duō）數（shù）的數控係統（tǒng）都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記（jì）憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具（jù）編碼（mǎ）或刀套編碼需（xū）要在刀具或刀套上安裝用於識別（bié）的編碼條，一（yī）般都是根據二進（jìn）製編碼的原理進（jìn）行編碼。刀具編碼選刀方式采用了（le）一種特殊的刀柄結構，並對每把（bǎ）刀具編碼。每把刀具都（dōu）具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重（chóng）複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量（liàng）也可相應減少。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，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對（duì）應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長（zhǎng）。目前在加工中（zhōng）心上大量使用（yòng）記憶式（shì）的方式。這種方（fāng）式能將刀具號和（hé）刀庫中的（de）刀套（tào）位置對應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。刀庫上（shàng）裝有位置檢測（cè）裝（zhuāng）置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就（jiù）可（kě）以任意取（qǔ）出（chū）並（bìng）送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置（zhì）

數控機床的自（zì）動換刀裝置（zhì）中，實現刀庫與機床（chuáng）主軸之間傳遞和裝（zhuāng）卸刀具的（de）裝置稱為刀具交（jiāo）換裝置。刀具的（de）交（jiāo）換（huàn）方式有兩種（zhǒng）：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換（huàn）以及采用（yòng）機（jī）械手（shǒu）交換（huàn）刀（dāo）具。利用（yòng）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（jiāng）用過的刀（dāo）具送回刀（dāo）庫，然後再從刀庫（kù）中取出新刀（dāo）具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換（huàn）刀裝置（zhì）在換（huàn）刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和（hé）刀庫（kù）中的刀具，因此換刀（dāo）時間進（jìn）一步縮短。采用（yòng）機械（xiè）手進行刀（dāo）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，而且（qiě）結構簡單。機械手能夠（gòu）完（wán）成抓刀—拔（bá）刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉（diào）落，機械手的活動爪都（dōu）帶有自（zì）鎖機構。