數控機床的自動換刀裝置，你認（rèn）識（shí）幾種？

數控機床為了能（néng）在工件一次裝夾中（zhōng）完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足（zú）換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀（dāo）具儲存量（liàng）足夠、刀庫占地（dì）麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換（huàn）刀裝（zhuāng）置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種（zhǒng）最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床（chuáng）。可以設計（jì）成四（sì）方刀架、六角刀架或圓（yuán）盤（pán）式軸向裝（zhuāng）刀刀架等多種形式。回轉刀（dāo）架上分別安（ān）裝著四把、六把或更多的刀具（jù），並按數控裝置的指令（lìng）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（gōng）時的（de）切削抗力。由於車（chē）削加工精度在很大程度上取（qǔ）決於刀尖位置，對於（yú）數（shù）控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整（zhěng），因此更有必要選（xuǎn）擇（zé）可（kě）靠的定位方案和合理的定位結（jié）構，以保（bǎo）證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高（gāo）的重複定位精度（一般為（wéi）0.001～0.005mm）。

一般（bān）情況下，回（huí）轉刀架的換（huàn）刀動作包括刀架抬起、刀（dāo）架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀（dāo）是帶有旋轉（zhuǎn）刀具的數控機床的一種（zhǒng）比較簡單的換刀方式。這（zhè）種主軸頭實際上就

是一個（gè）轉塔刀庫。

主軸頭有臥式（shì）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（huàn）刀。在轉塔的各個主軸上，預先安（ān）裝有各工序所需要（yào）的（de）旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉（zhuǎn）到加工位（wèi）置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋（xuán）轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種（zhǒng）更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高（gāo）了換刀的可（kě）靠性。但是由於空（kōng）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。為了保證主軸的（de）剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精（jīng）度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的（de）自（zì）動換刀係統

由（yóu）於回轉刀架、轉塔頭式換刀（dāo）裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足（zú）複雜零件的加（jiā）工需（xū）要，因此，自動換刀數控機床多采用（yòng）帶刀庫的自動換刀裝置（zhì）。帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具（jù）分別安裝在標（biāo）準刀（dāo）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，先在刀庫中（zhōng）選刀，再由（yóu）換刀裝置從刀庫或主（zhǔ）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（jù）有較大的容（róng）量，既可安（ān）裝（zhuāng）在（zài）主軸箱的（de）側麵或上方。由於帶刀庫的自動（dòng）換刀（dāo）裝置的數控（kòng）機床的主軸箱內隻有一根主（zhǔ）軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加（jiā）工要求。

另外，刀（dāo）庫內（nèi）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（le）機床的適應（yīng）性和加工（gōng）效率。帶刀庫的自動換刀（dāo）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（fāng）式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互（hù）換。刀庫的（de）類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種（zhǒng）形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式（shì）刀庫，刀具的方向（xiàng）與主軸同向，換刀時主軸箱上（shàng）升到（dào）一定的位置，使主軸上的刀具正好（hǎo）對準（zhǔn）刀庫最下（xià）麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄（bǐng），盤（pán）式刀庫向前運動，拔出主軸上（shàng）的（de）刀具，然後刀庫（kù）將下一個工序所用的刀具旋轉至與主（zhǔ）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（bǐng），主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行（háng）下道工序的加（jiā）工。此換刀裝置的優（yōu）點是（shì）結構簡（jiǎn）單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換（huàn）刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采（cǎi）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（jù）機床的布局製成各種形狀，也可將（jiāng）換刀位突（tū）出以便於換刀。當需要（yào）增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設（shè）計（jì）與（yǔ）製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存（cún）放有多把刀（dāo）具，每次換刀前要進行（háng）選刀，常用的（de）選刀方法有順序選刀和任意（yì） 選刀兩種，順序選（xuǎn）刀是在加工之前，將加工零件所需刀（dāo）具按照工（gōng）藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工（gōng）不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的（de）驅動和控製都比（bǐ）較簡（jiǎn）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（de）中、小型數控機床（chuáng）的自動換（huàn）刀。

隨著（zhe）數控係統的發展（zhǎn），目前大（dà）多數的數（shù）控係（xì）統都采（cǎi）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（fāng）式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀（dāo）具或刀套上安裝用於識別（bié）的編碼條（tiáo），一般都是根據二（èr）進製編碼（mǎ）的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種（zhǒng）特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀（dāo）具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重（chóng）複（fù）使用，換（huàn）下的刀（dāo）具不用（yòng）放回原刀座，刀（dāo）庫的容量也可相應減少。但每把刀（dāo）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（tào）編（biān）碼的方式（shì）是（shì）一把（bǎ）刀（dāo）具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出（chū）的刀具必須放回同一刀套中（zhōng），取送刀（dāo）具十分（fèn）麻煩（fán），換刀時（shí）間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中（zhōng）的刀套位置對應地記憶在數控（kòng）係統的PLC中，無論刀具放（fàng）在哪個刀（dāo）套內（nèi），刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫（kù）上裝有位置檢測（cè）裝置，可獲得每個刀套的位置信（xìn）息。這樣刀具就（jiù）可以任意取出並送（sòng）回。刀庫上還設有（yǒu）機械原點，使每次選刀時（shí）就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與（yǔ）機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為（wéi）刀具交換裝（zhuāng）置。刀具的（de）交換方式有兩種：由刀庫與（yǔ）機床主軸的相（xiàng）對運（yùn）動實現刀（dāo）具交換以及采用（yòng）機械手交換刀具。利（lì）用刀（dāo）庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在（zài）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具，兩個（gè）動作不能同時進行，換刀（dāo）時間較長。而采用機械（xiè）手（shǒu）換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和（hé）裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時（shí）間進一步縮短。采用機械（xiè）手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械（xiè）手換刀靈活，動作（zuò）快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回（huí）等一係列動作。為了防止（zhǐ）刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。