控機床（chuáng）的自動換刀裝置，你（nǐ）認識幾種？

數控機床（chuáng）為（wéi）了能在工（gōng）件一次裝夾中完成多道加工（gōng）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換刀時間短、刀具重複定（dìng）位精度高、刀具儲存量足（zú）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（shì）

1．回轉刀架換刀

回轉刀（dāo）架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以設計成四方（fāng）刀架、六角刀（dāo）架或圓盤式軸向裝（zhuāng）刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝（zhuāng）著四把、六把或更多的（de）刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀（dāo）架在結（jié）構上必須具有良好的強度和剛度，以承（chéng）受粗（cū）加工時的（de）切削抗（kàng）力。由於車削加工精度（dù）在很大程度上（shàng）取決於刀尖位置，對（duì）於數控車床（chuáng）來說，加工過程中刀具位置（zhì）不進行（háng）人工調整，因（yīn）此更有必要（yào）選擇（zé）可靠的（de）定（dìng）位方案和合（hé）理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定（dìng）位精度（dù）（一般為0.001～0.005mm）。

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

2．更換（huàn）主（zhǔ）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床的一種比較簡單的換刀方式（shì）。這種主軸（zhóu）頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩（liǎng）種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以（yǐ）實現自動換（huàn）刀。在轉塔的各個主軸上，預（yù）先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時（shí），各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應（yīng）的主軸帶（dài）動（dòng）刀具（jù）旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運（yùn）動脫開（kāi）。

這種更換主（zhǔ）軸換刀裝置，省去了（le）自動（dòng）鬆、夾、卸刀、裝刀以及（jí）刀具搬（bān）運等一係列的複雜操作（zuò），從而縮短了（le）換刀時間，並提高了（le）換刀（dāo）的可靠性。但是由於空間位（wèi）置的限製，使（shǐ）主軸部件結構尺寸不能太大（dà），因而影響了主軸係統的剛性。為了（le）保證主軸的剛性，必須限製主軸的（de）數目，否（fǒu）則會（huì）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（qiú）不太高的機床，例如數控鑽、銑（xǐ）床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉（zhuǎn）塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能（néng）滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置。帶（dài）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。首先要把加工過程中使用的全部（bù）刀具分別安裝在標準（zhǔn）刀（dāo）柄上，在機外進行尺寸（cùn）預調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換（huàn）刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換（huàn），將新刀裝入主（zhǔ）軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動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（de）剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具（jù）數（shù）量較大（dà），因而能夠進行（háng）複雜零件的多（duō）工序加工，大大提高了機床的適應性（xìng）和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削（xuē）中心和加工（gōng）中（zhōng）心。

二、刀庫和刀具的選擇方（fāng）式

1.刀庫（kù）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（yǔ）主軸上刀（dāo）具的互（hù）換（huàn）。刀庫的類型（xíng）有（yǒu）盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，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（pán）式刀（dāo）庫，刀具的方向與主軸同向，換（huàn）刀時主（zhǔ）軸箱上升到一定的（de）位（wèi）置，使主軸上的刀（dāo）具正（zhèng）好對準刀庫（kù）最下麵的那個位（wèi）置，刀具被（bèi）夾住，主（zhǔ）軸在CNC的控製下，鬆開（kāi）刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出（chū）主軸（zhóu）上的刀具（jù），然（rán）後刀庫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（kù）後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾（jiá）緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換（huàn）刀任務（wù），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；缺點是（shì）換刀時間長，適用於刀庫容量較（jiào）小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中（zhōng）心可采用鏈式刀庫（kù）（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容（róng）量較大（dà），鏈環的形狀可根據（jù）機床的布（bù）局製成各種形狀，也可將（jiāng）換刀（dāo）位突出以便於換刀（dāo）。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長（zhǎng）度即可，給（gěi）刀庫設計與製（zhì）造帶來了方便。

2. 刀具的（de）選擇方式（shì）

一般（bān）的（de）刀庫內存放有多把刀（dāo）具，每次換刀前（qián）要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩（liǎng）種，順序選刀（dāo）是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀（dāo）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（chóng）新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動（dòng）和（hé）控製都比較簡單。因此（cǐ），這種方式適合加（jiā）工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前（qián）大多（duō）數的（de）數控係（xì）統都采（cǎi）用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編（biān）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安裝用（yòng）於識別的編碼條（tiáo），一般都是根據二進製編碼的原理進行（háng）編（biān）碼。刀具編碼選刀方式采用了一種（zhǒng）特（tè）殊的（de）刀柄結構，並（bìng）對每把刀具編碼。每把刀具都具有自（zì）己的（de）代碼，因而刀具可在不同的工序中（zhōng）多次重（chóng）複使用，換下的刀具不用放回原刀座（zuò），刀庫的容量也可（kě）相應（yīng）減少。但（dàn）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個刀套，從（cóng）一（yī）個刀套（tào）中取出的刀具必須放回同（tóng）一刀（dāo）套中，取送刀具十分麻煩（fán），換刀時間長。目前（qián）在（zài）加工中心上大量使用記（jì）憶式的方式。這種方式能將刀（dāo）具號和刀庫中的刀（dāo）套位置對應地記憶在（zài）數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終（zhōng）記存在PLC內（nèi）。刀庫上裝有位置檢測（cè）裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以（yǐ）任意取出（chū）並送回。刀庫上還設有機（jī）械原點，使每次選刀時就近（jìn）選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀（dāo）裝置中，實現刀（dāo）庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具（jù）的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的（de）交換方式有（yǒu）兩種：由刀庫與機床主軸的相（xiàng）對運動實現刀（dāo）具交換以及采（cǎi）用機（jī）械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀（dāo）具（jù）交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫（kù），然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同（tóng）時進行，換刀時（shí）間較長。而采用機械手換刀（dāo）裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀（dāo）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活（huó），動作快，而且結構（gòu）簡單。機械（xiè）手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀（dāo）—返回等一係列動作。為了（le）防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。