數控機床的自動（dòng）換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了能在（zài）工件一次（cì）裝夾中完成多道加工（gōng）工序，縮短輔助（zhù）時間，減少多次安裝工件所引起的（de）誤差，必須帶有自動換刀裝（zhuāng）置（zhì）。自動換刀裝置應（yīng）當滿足換（huàn）刀時間短、刀具重複定位精（jīng）度高、刀具儲（chǔ）存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可（kě）靠等基（jī）本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換（huàn）刀

回轉刀架是一（yī）種最簡單的自動換刀（dāo）裝置，常用於數控車床。可以設計成四方（fāng）刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架（jià）等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具（jù），並（bìng）按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具（jù）有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切（qiē）削抗力。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（shù）控車床（chuáng）來說（shuō），加工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和合理的定位結構（gòu），以保證回轉刀架在每次轉位之後，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（xià），回（huí）轉刀（dāo）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（zhǔ）軸頭換刀（dāo）（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就（jiù）

是一個（gè）轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各（gè）個主（zhǔ）軸上，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（de）主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加（jiā）工位置上的主軸都與主運（yùn）動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動（dòng）鬆、夾、卸刀、裝（zhuāng）刀以及刀具搬運（yùn）等一係（xì）列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件（jiàn）結構尺寸不能（néng）太大，因而（ér）影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸（zhóu）頭通常隻適用於工序較少（shǎo）、精（jīng）度要求不（bú）太高的機床，例如數控鑽、銑床（chuáng）等。

3.帶刀庫的（de）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（dāo）具數量不能太多，不能滿足（zú）複雜零件（jiàn）的加工需要（yào），因（yīn）此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過（guò）程中使用的全部刀具（jù）分別安裝在標準刀柄上（shàng），在機外進行尺寸預調（diào）整後，按一定（dìng）的方式放入刀庫。換刀（dāo）時，先在（zài）刀庫中選刀，再（zài）由換（huàn）刀裝（zhuāng）置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新（xīn）刀（dāo）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（de）側麵或上方。由於（yú）帶（dài）刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻（zhī）有一根主軸，主軸部件的剛（gāng）度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行（háng）複（fù）雜零件的多工序加（jiā）工，大大提高了機床的適應性（xìng）和加工效率。帶刀庫的自動換刀係（xì）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刀具，通過（guò）機械手（shǒu）實（shí）現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型（xíng）有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖（tú）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（shēng）到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準（zhǔn）刀庫最下麵的那個位置，刀具被（bèi）夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀（dāo）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（kù）後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸（zhóu）箱下降到工作位置，完成換刀任務，進（jìn）行（háng）下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較（jiào）低，換（huàn）刀可靠性較好；缺點是換（huàn）刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容（róng）量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的（de）結（jié）構緊（jǐn）湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀（zhuàng）可根（gēn）據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀（dāo）位突出以便於（yú）換刀。當需（xū）要增加刀具數量（liàng）時，隻需增加鏈條的（de）長度即可，給刀庫設計與（yǔ）製造帶來（lái）了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的（de）刀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，順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具（jù）按照工藝要（yào）求依次插入刀庫的刀套中，加工是（shì）按順序調刀，加（jiā）工（gōng）不同的工件時必須重新調整刀庫（kù）中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單（dān）。因此（cǐ），這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較（jiào）少的中、小型數（shù）控機床的（de）自動換（huàn）刀。

隨（suí）著數控係統的發展，目前大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其分（fèn）為刀（dāo）套編碼（mǎ）、刀具編碼和（hé）記憶（yì）式等三（sān）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用於識別的編碼條，一般都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（tè）殊的刀柄結構，並對每（měi）把刀具編碼。每把刀具（jù）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，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但（dàn）每把刀（dāo）具上（shàng）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（biàn）複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個（gè）刀套（tào），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（huàn）刀時（shí）間長。目前在加工（gōng）中心上大量使用記憶式的方（fāng）式。這種方式能（néng）將刀具號和刀庫中的（de）刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無（wú）論刀具（jù）放在哪個刀套內，刀具信息都始終記（jì）存（cún）在PLC內（nèi）。刀（dāo）庫（kù）上裝有位置檢測裝置，可獲（huò）得每個刀（dāo）套的位置信息。這樣刀具就可以任意（yì）取出並送回。刀庫上還設有（yǒu）機（jī）械原點，使每次選刀（dāo）時就近選取（qǔ）。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置（zhì）中，實（shí）現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱（chēng）為（wéi）刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀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（huàn）刀具。利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（shí）必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具（jù），兩個動作（zuò）不能（néng）同時進行，換刀（dāo）時間（jiān）較長。而（ér）采用機械手換（huàn）刀裝置在換刀時（shí）能夠同時抓取和（hé）裝（zhuāng）卸機床主軸（zhóu）和刀庫中的刀具，因此換（huàn）刀時間進一（yī）步縮短。采用機（jī）械手進行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，而且結（jié）構（gòu）簡（jiǎn）單（dān）。機械手能夠（gòu）完成抓刀—拔刀—回轉（zhuǎn）—插刀—返回等一係（xì）列動作。為了防止刀具掉落，機（jī）械手的活動（dòng）爪（zhǎo）都（dōu）帶有自（zì）鎖機構。