​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裝（zhuāng）夾中完成多道（dào）加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工（gōng）件所引起的誤差，必須（xū）帶有自動（dòng）換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具（jù）重複定位（wèi）精度（dù）高、刀具儲存量（liàng）足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基（jī）本要求。

一、自動（dòng）換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀（dāo）架是一種最簡單的自動換（huàn）刀裝置，常用（yòng）於（yú）數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向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）良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切（qiē）削抗力。由於（yú）車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床（chuáng）來說，加工過（guò）程中刀具位置不（bú）進行人工調整，因（yīn）此更有必要（yào）選擇可靠的定位方案和合理的定位（wèi）結構，以保證回轉（zhuǎn）刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重（chóng）複（fù）定位精度（一般為（wéi）0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動作（zuò）包括刀架抬起、刀架轉（zhuǎn）位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭（tóu）換刀（刀具旋轉為（wéi）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

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式（shì）和立式兩種，通常用轉塔的轉（zhuǎn）位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔（tǎ）的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指（zhǐ）令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通（tōng）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運動脫開。

這種更換主軸換（huàn）刀裝置，省去了自（zì）動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀（dāo）時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為了（le）保證主（zhǔ）軸的剛性，必須限製主軸的數（shù）目，否則會使結構（gòu）尺寸增大。因此，轉塔主軸（zhóu）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（kòng）鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換（huàn）刀（dāo）係統

由於回轉刀架（jià）、轉塔頭式換刀裝置容（róng）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（yīn）此（cǐ），自動換刀數控機床多采用帶刀庫的（de）自動換刀（dāo）裝置。帶刀庫的自（zì）動換刀裝置由刀（dāo）庫和換刀機構組成（chéng），換刀過程較為複雜（zá）。首先要把加工過程中使用的全（quán）部刀具分別安（ān）裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整（zhěng）後，按（àn）一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀（dāo）裝置從刀庫（kù）或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝（zhuāng）在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫（kù）的自動換刀（dāo）裝置的數控機床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（gōng）要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提（tí）高了機床的適應性和加工效（xiào）率。帶刀（dāo）庫的自動換刀係統適用於數（shù）控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀（dāo）庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀（dāo）具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈（liàn）式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝（yì）範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時（shí）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，刀具被夾（jiá）住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫（kù）向前運（yùn）動，拔出主軸上的（de）刀具，然後刀庫將（jiāng）下一個工（gōng）序所用的刀具（jù）旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具插入主（zhǔ）軸孔中，主軸（zhóu）夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本（běn）較低，換刀可靠（kào）性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容（róng）量較（jiào）小（xiǎo）的加工中心。

對於刀庫（kù）容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，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（tū）出以便於換刀。當（dāng）需要增加刀具數量時，隻需增加鏈（liàn）條（tiáo）的長度即（jí）可（kě），給刀庫設計與製造帶（dài）來了方便。

2.刀具的選擇（zé）方（fāng）式

一般的刀（dāo）庫內存放有多把刀具，每次換刀前（qián）要進行選（xuǎn）刀（dāo），常用的選（xuǎn）刀（dāo）方法有順序選（xuǎn）刀和任意選刀（dāo）兩種，順序選刀是在加工之前，將加（jiā）工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件（jiàn）時必須重新調（diào）整刀庫中的刀具順序。其（qí）優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因（yīn）此，這種（zhǒng）方式（shì）適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動（dòng）換刀。

隨著（zhe）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（fāng）式，其分（fèn）為刀套編（biān）碼、刀具編碼和記憶式等（děng）三種（zhǒng）。

3.刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼（mǎ）需要在刀具或刀（dāo）套上安裝用於識別的編（biān）碼條，一般都是（shì）根據二進製編碼的原理進行（háng）編碼（mǎ）。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具（jù）可在不同的工序中（zhōng）多次重（chóng）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（jiǎn）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應一（yī）個（gè）刀套，從一個刀套中取出的刀具（jù）必須放回同（tóng）一（yī）刀套中，取送刀具（jù）十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式（shì）的方式。這（zhè）種方式能將刀具號和（hé）刀庫中的（de）刀套位置對應地記憶在數（shù）控係（xì）統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始（shǐ）終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每（měi）個刀套的位置信息。這樣（yàng）刀（dāo）具（jù）就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次（cì）選刀時就（jiù）近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實（shí）現刀庫與（yǔ）機床主軸之間傳遞和裝（zhuāng）卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。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（jù）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交換的（de）裝置在換刀時必須首（shǒu）先將用過的刀具送回刀庫（kù），然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能（néng）同時（shí）進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時（shí）能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀（dāo）具，因此換刀時間進一步縮短。采用機（jī）械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因（yīn）為機械手換（huàn）刀靈（líng）活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動（dòng）作。為了防止（zhǐ）刀具掉落（luò），機械手（shǒu）的活動爪都帶（dài）有自鎖機構。