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（gōng）件一次（cì）裝夾中完成（chéng）多道加工工序，縮短輔助（zhù）時間（jiān），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（mǎn）足換刀時間短、刀具（jù）重複定位精度高、刀具（jù）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（dòng）換刀（dāo）裝置的形式

1．回轉（zhuǎn）刀架換刀

回轉刀架是一（yī）種最（zuì）簡單的自動換（huàn）刀裝置，常用於數控車床。可（kě）以設（shè）計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀（dāo）刀架等多種形式。回轉刀架上（shàng）分別安裝著（zhe）四把、六把或更多的刀具，並按數控裝（zhuāng）置（zhì）的指令換刀。

回轉刀架（jià）在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承（chéng）受粗加工時的切削抗力。由於車削加（jiā）工精度在（zài）很大程度上取決於刀尖位置（zhì），對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不進（jìn）行（háng）人工調整，因此更有必要選擇可（kě）靠的定位方案和合理的定（dìng）位結構，以（yǐ）保證回轉刀架在每（měi）次轉（zhuǎn）位之後，具有（yǒu）盡可能高（gāo）的重複定位精度（一（yī）般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換（huàn）刀動作包括刀架抬起、刀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）

更換主軸換刀是帶（dài）有（yǒu）旋轉刀具的數控機床的一（yī）種比較簡單（dān）的（de）換刀方式。這種主軸頭實際上就（jiù）

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的（de）轉位來更換主（zhǔ）軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主（zhǔ）軸上，預先安裝有各工序所需要（yào）的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到（dào）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（yǔ）主運動脫開。

這種更換（huàn）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，並提高了換（huàn）刀的可（kě）靠性。但是由於空間位置的限製，使主（zhǔ）軸部件結構尺寸不能（néng）太大（dà），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，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太高的機（jī）床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶（dài）刀庫的自動換刀（dāo）係統

由於回轉刀架、轉塔頭式（shì）換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機（jī）床多采用帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置。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。首先要把加工過程（chéng）中使用的全部刀（dāo）具分別（bié）安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一（yī）定的方式放入刀庫。換刀時（shí），先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交（jiāo）換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具（jù）有較（jiào）大的（de）容量，既可安裝（zhuāng）在主軸箱的側麵或上方。由於（yú）帶刀庫的自動換刀裝置的（de）數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主（zhǔ）軸部件的剛度要高，以滿足精密加（jiā）工要求。

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（gōng），大大提高了機床的適應性和（hé）加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用（yòng）於數控鑽削中（zhōng）心和加工中（zhōng）心。

二、刀（dāo）庫和刀具的選擇方（fāng）式

1.刀庫類型（xíng）

刀庫的作用是儲（chǔ）備一定數（shù）量的刀（dāo）具，通過（guò）機械手實（shí）現與主軸上刀具的互換。刀庫（kù）的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式（shì），刀庫的形式和容（róng）量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫（kù），刀具的方向與主軸同向（xiàng），換刀時（shí）主軸箱上（shàng）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，刀具被夾住，主軸在CNC的（de）控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出（chū）主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用（yòng）的刀具（jù）旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具（jù）插入主軸孔（kǒng）中，主軸（zhóu）夾緊刀（dāo）柄，主軸（zhóu）箱下降到工（gōng）作位置，完成換（huàn）刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構（gòu）簡單，成本較低，換刀可（kě）靠性較好；缺點是換刀時間（jiān）長（zhǎng），適用於刀庫容量較小的加（jiā）工中心。

對於刀庫（kù）容量需要較大的加工中心可采（cǎi）用（yòng）鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較（jiào）大，鏈環的形狀可根據機（jī）床的布局製成（chéng）各種形狀，也可（kě）將換刀位（wèi）突（tū）出以便於換刀。當需要增加刀具（jù）數量時，隻需增加鏈條（tiáo）的長度（dù）即可，給刀庫設計與製（zhì）造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的（de）選刀方法有順序選刀和（hé）任意 選（xuǎn）刀（dāo）兩種，順序選刀是在加工（gōng）之前，將加工零件所需刀具（jù）按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中（zhōng），加工是按順序調刀，加工不同（tóng）的工件時必須重新調整刀庫（kù）中的刀具順序。其優點是（shì）刀（dāo）庫的驅（qū）動和控製都比較（jiào）簡單。因（yīn）此，這種方式適合加工批（pī）量較大、工件品種數量較少的（de）中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係（xì）統的發展，目前大多數的數控係統（tǒng）都采用（yòng）任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需（xū）要（yào）在刀具（jù）或刀套上安裝（zhuāng）用於識別的編碼條，一般都是根（gēn）據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采（cǎi）用了一種特殊的刀柄（bǐng）結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的（de）刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀（dāo）具上都（dōu）帶有專用的編碼（mǎ）環，刀具長度加（jiā）長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼（mǎ）的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的（de）刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方（fāng）式能（néng）將（jiāng）刀具號和刀庫中的刀套位置（zhì）對應（yīng）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（xìn）息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選（xuǎn）取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機（jī）床主（zhǔ）軸之（zhī）間傳（chuán）遞和裝卸刀具的（de）裝置稱為（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（duì）運動實現（xiàn）刀具交換以及（jí）采用機械手交換刀具。利用（yòng）刀庫與機床主軸的相對運動實現刀（dāo）具交換的裝置在換刀時必須首先將（jiāng）用過（guò）的刀具（jù）送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作（zuò）不能同時進行，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（hé）刀庫中的刀具，因此（cǐ）換刀時（shí）間進一步縮短。采（cǎi）用（yòng）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（dāo）靈活，動作快，而且結（jié）構簡單。機械（xiè）手能（néng）夠（gòu）完成（chéng）抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係（xì）列動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。