​數控機床的自動（dòng）換刀裝置（zhì），你認識幾種？

　　

數控機床（chuáng）為了能在工件一次裝（zhuāng）夾中完成多道加工工序（xù），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（zhì）。自動換刀裝置應當滿足換刀（dāo）時間短（duǎn）、刀（dāo）具重（chóng）複定位精度高（gāo）、刀具儲存量（liàng）足夠、刀（dāo）庫占地麵積小以及（jí）安全可靠等基（jī）本要求。

 

一、自動換刀（dāo）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刀裝置，常（cháng）用於數控車床。可以設計（jì）成四方刀架、六角刀架或圓（yuán）盤式軸向裝刀刀架等多種（zhǒng）形式。回轉刀架（jià）上（shàng）分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回（huí）轉刀架在結構上必（bì）須具有良好的強度（dù）和剛度，以承受粗加（jiā）工時的切削抗力（lì）。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀（dāo）尖位置，對於數（shù）控車床來說，加（jiā）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（wèi）方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架（jià）在每次轉（zhuǎn）位（wèi）之（zhī）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（kuàng）下（xià），回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸（zhóu）頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀（dāo）是帶有（yǒu）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。

主軸頭有臥式和立式兩種（zhǒng），通常用轉塔的轉（zhuǎn）位來更換主（zhǔ）軸頭，以（yǐ）實（shí）現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地（dì）轉到加工位置，並接通主運動，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（zhóu）都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省（shěng）去（qù）了自動鬆、夾、卸刀（dāo）、裝刀以（yǐ）及（jí）刀具（jù）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（kào）性。但是由於空間位置（zhì）的限製，使主軸部件結構（gòu）尺寸不能太大，因而影響了（le）主軸係統的剛性。為了保（bǎo）證（zhèng）主（zhǔ）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（yòng）於工序較少（shǎo）、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容（róng）納的刀具數量不能太多，不（bú）能滿足複雜零件的加工需（xū）要（yào），因此，自動換（huàn）刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過（guò）程較為複雜。首先要把加工（gōng）過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行（háng）尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫（kù）。換刀時，先在刀庫中選刀，再（zài）由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀（dāo）具，進（jìn）行交換，將新刀裝入主軸，舊刀（dāo）放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可（kě）安裝在（zài）主軸箱的側（cè）麵或上方。由於帶刀庫的（de）自動（dòng）換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度（dù）要高，以滿足精密加工（gōng）要求。

另外，刀庫內刀具數（shù）量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶（dài）刀（dāo）庫的自動換刀係（xì）統適用於數控鑽削中心和加工中（zhōng）心。

 

二、刀庫（kù）和刀具的（de）選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的（de）作用是儲備一定數量（liàng）的刀具（jù），通過機械手實現與主軸上刀（dāo）具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形（xíng）式和容量（liàng）要根據機（jī）床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀（dāo）具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱（xiāng）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（zhì），刀具（jù）被夾住，主軸在（zài）CNC的控（kòng）製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的（de）刀具，然後（hòu）刀庫將（jiāng）下一（yī）個工序所用的刀具旋轉至與主軸對（duì）準的位置，刀庫後退將（jiāng）新刀具插入主軸孔中（zhōng），主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位（wèi）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，成本較低，換刀可靠性較好；缺（quē）點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對（duì）於（yú）刀庫容量需要較大（dà）的（de）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（kù）容（róng）量較大，鏈環的形狀可根據機床的（de）布局製（zhì）成各種形狀（zhuàng），也可將（jiāng）換刀位突出（chū）以便於換刀。當需要增加（jiā）刀具數（shù）量時，隻需增加鏈條（tiáo）的長度即可（kě），給刀庫（kù）設計與製造帶來（lái）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（yào）進行（háng）選刀，常用（yòng）的選刀方法有順序（xù）選刀和任意 選刀兩（liǎng）種，順序選（xuǎn）刀（dāo）是（shì）在加工之前，將加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（xù）調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡（jiǎn）單。因此，這種方（fāng）式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控（kòng）機床的自動換刀（dāo）。

隨著數控係統的（de）發展，目前大多數的數控係統都采（cǎi）用任意選刀（dāo）的方（fāng）式，其（qí）分為刀套編碼、刀具（jù）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要在刀具或刀套上（shàng）安裝用於識別的（de）編碼條，一般都（dōu）是根據二進（jìn）製編碼的原理進行編碼。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（dōu）具有自己的（de）代碼，因而刀具可在不同的工（gōng）序中多次重複使用，換下的刀（dāo）具不用（yòng）放回原刀座，刀庫的容（róng）量也可相應減（jiǎn）少。但每把刀具上（shàng）都帶（dài）有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機（jī）械手的結（jié）構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取（qǔ）出的刀具（jù）必須放回同一刀套中，取送刀具（jù）十分麻（má）煩，換刀時間長。目前在（zài）加工中心上（shàng）大量使用記（jì）憶式的方式。這種方式能將刀（dāo）具號和（hé）刀庫中的刀（dāo）套位置（zhì）對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放（fàng）在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內（nèi）。刀庫（kù）上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀（dāo）套的位置信息。這樣刀具就可以任（rèn）意取出並送回。刀（dāo）庫上（shàng）還設有機械原點，使每次選刀時就近選（xuǎn）取。

 

三、刀具交（jiāo）換裝置

數控機（jī）床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱（chēng）為刀具交換（huàn）裝（zhuāng）置。刀具的（de）交（jiāo）換方式有兩種：由刀庫與機（jī）床主（zhǔ）軸的相對運動實現刀具交換以（yǐ）及采用（yòng）機（jī）械手交（jiāo）換刀具。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（dāo）時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，兩（liǎng）個動作不能同時進行，換刀時間較長（zhǎng）。而采用機械（xiè）手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸（xiè）機床主（zhǔ）軸和刀庫中的（de）刀具，因此換刀時（shí）間進一步（bù）縮短。采用機械手進行刀（dāo）具交換（huàn）的方（fāng）式應用最廣泛（fàn）。這是因為機械手換（huàn）刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓（zhuā）刀—拔刀—回轉—插刀（dāo）—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。