數控機床的自動換刀裝置，你認識（shí）幾種？

數（shù）控機床為了能在工件（jiàn）一次裝夾中完（wán）成多道加工（gōng）工序，縮短輔（fǔ）助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動（dòng）換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間（jiān）短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回（huí）轉刀架是一種最簡單的自動換（huàn）刀裝（zhuāng）置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架（jià）或圓盤（pán）式軸向裝刀刀架等多種形式（shì）。回（huí）轉刀架上分別安裝（zhuāng）著四把、六（liù）把或更多的刀具（jù），並按數（shù）控裝置的指（zhǐ）令換刀。

回（huí）轉刀架在結（jié）構上（shàng）必（bì）須具有良好的強度和剛度，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（dà）程度上取決於刀尖位置，對於數控車床（chuáng）來說，加工過程中刀具位置不（bú）進行人工調整，因此更有必要選（xuǎn）擇可靠的（de）定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次（cì）轉位之後，具有盡可能高的重複定位精（jīng）度（一般為0.001～0.005mm）。

一（yī）般情況下（xià），回轉（zhuǎn）刀架的換（huàn）刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架（jià）壓緊等（děng）。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主（zhǔ）運動）

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

是一個轉塔刀庫（kù）。

主軸頭有臥式和立（lì）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）個主軸上，預先安裝有（yǒu）各工（gōng）序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接（jiē）通主運（yùn）動，使相應的主軸帶動刀（dāo）具旋轉。而（ér）其它處於不（bú）加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬（bān）運等一係列的複雜操作（zuò），從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於（yú）空間位置的（de）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（gāng）性。為了保證主軸的剛性，必（bì）須限製主軸的（de）數目，否則會使結構尺寸（cùn）增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要（yào）求不太（tài）高的機床（chuáng），例（lì）如數（shù）控鑽、銑床等。

3.帶刀庫（kù）的自動換刀係（xì）統

由於回轉刀架、轉塔（tǎ）頭式換刀（dāo）裝置容納（nà）的刀具數量不能太多，不能滿（mǎn）足複雜（zá）零件的（de）加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫（kù）的自動換刀裝置由（yóu）刀庫（kù）和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首（shǒu）先要把加工過程中使用的全部刀具分（fèn）別（bié）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（shì）放入刀庫。換刀時，先（xiān）在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀（dāo）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或上方。由於帶刀庫的自（zì）動（dòng）換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件（jiàn）的剛度要高，以滿（mǎn）足精密加工要求。

另外，刀庫（kù）內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零（líng）件的多工（gōng）序加工，大大提高了機床的適應性和加（jiā）工效率。帶刀庫的自（zì）動換（huàn）刀係統適用於數控鑽削中心和（hé）加工中心。

二（èr）、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫（kù）類型

刀庫的作用是儲備一（yī）定數量的刀具，通過機械手（shǒu）實現與主軸上刀（dāo）具的互換。刀庫的類型有（yǒu）盤（pán）式刀庫、鏈式刀庫等多種形（xíng）式，刀庫的形式和（hé）容量要根據機床的（de）工藝範（fàn）圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同（tóng）向，換刀時（shí）主軸箱上（shàng）升到一定的位置，使主軸上的刀（dāo）具正好對準（zhǔn）刀庫最下麵的那個位置，刀具被（bèi）夾（jiá）住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀（dāo）庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊（jǐn）刀柄，主軸箱下降到（dào）工（gōng）作位（wèi）置，完成換刀任務（wù），進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結（jié）構簡（jiǎn）單，成本較低，換刀可靠性較好（hǎo）；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工（gōng）中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心（xīn）可采用鏈（liàn）式刀庫（圖7-17），鏈（liàn）式刀庫的結構緊湊，刀庫容（róng）量較大，鏈環的形狀（zhuàng）可根據機床的（de）布（bù）局製成各種形（xíng）狀，也可將換（huàn）刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫（kù）設計與製造（zào）帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一（yī）般的刀（dāo）庫內存放（fàng）有多把刀具，每（měi）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（xuǎn）刀兩種，順序（xù）選刀是在加（jiā）工之（zhī）前，將加工零件所需刀具按照工（gōng）藝要（yào）求依次插（chā）入刀庫（kù）的刀套中，加工是（shì）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（shì）刀庫的驅動和控製都比較簡（jiǎn）單。因此，這種方式適合加工批量較大（dà）、工件品種數量較少的中、小型（xíng）數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的（de）發展，目前大多數的數控係統都采用任（rèn）意選刀（dāo）的方式，其分為刀（dāo）套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼（mǎ）或刀（dāo）套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於（yú）識（shí）別的編（biān）碼條，一般都是根據（jù）二進製編碼的原理進行編碼。刀具編（biān）碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對（duì）每把刀具編碼（mǎ）。每把刀（dāo）具都具有自（zì）己的代碼，因而刀具可（kě）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（kě）相應減少。但每把刀具上都帶（dài）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個刀套，從一個（gè）刀套中取出的（de）刀具必須（xū）放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長（zhǎng）。目前在（zài）加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀（dāo）具號和刀庫（kù）中的刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中（zhōng），無論刀具放在哪個刀套內，刀（dāo）具信息都始終（zhōng）記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套（tào）的位置信（xìn）息（xī）。這樣刀（dāo）具就可以任意（yì）取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選取（qǔ）。

三、刀具交（jiāo）換裝置（zhì）

數控機（jī）床的自動換（huàn）刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的（de）裝置稱為刀具交換裝置。刀具的（de）交（jiāo）換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相（xiàng）對（duì）運動實現刀（dāo）具交換以及（jí）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）交換的裝（zhuāng）置在換刀時必須（xū）首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫（kù）中取出新刀具，兩個動作不能同時進（jìn）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取和裝卸機床主軸和刀庫中的（de）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。這是因為機械手換刀靈（líng）活，動作快，而（ér）且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀（dāo）—回轉—插刀（dāo）—返回等一係列（liè）動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。