​數控機床（chuáng）的自動換刀裝置，你（nǐ）認識幾種？

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

一、自動換刀裝置的形式

1．回（huí）轉刀架換（huàn）刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換（huàn）刀裝置（zhì），常用於數控車床。可以設（shè）計（jì）成四（sì）方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式（shì）。回轉刀架上（shàng）分別安（ān）裝（zhuāng）著（zhe）四把、六把或（huò）更多的刀具，並按（àn）數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結（jié）構上必（bì）須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，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（hé）理的定位（wèi）結構，以保證（zhèng）回（huí）轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動（dòng）作（zuò）包括刀架抬（tái）起、刀架轉（zhuǎn）位及刀（dāo）架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉（zhuǎn）刀具（jù）的數控機床的一種比較簡（jiǎn）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（liǎng）種，通常用轉塔的轉（zhuǎn）位來更換主軸（zhóu）頭，以實（shí）現自動換刀。在轉塔的（de）各個主軸（zhóu）上，預先安裝有各工序所需（xū）要（yào）的旋（xuán）轉刀具，當發出換刀指令時（shí），各（gè）主軸（zhóu）頭依（yī）次地轉到（dào）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（shàng）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、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而（ér）縮短了換刀（dāo）時間（jiān），並（bìng）提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件（jiàn）結構尺寸（cùn）不能（néng）太大，因而影響了主軸係（xì）統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸（zhóu）的（de）數目，否則會（huì）使（shǐ）結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序（xù）較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床（chuáng）等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回（huí）轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多（duō），不能滿足複雜零件的加工（gōng）需要，因此，自動換刀數控機床（chuáng）多采用（yòng）帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的（de）自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成（chéng），換刀過程較為（wéi）複雜。首先要把加（jiā）工過程（chéng）中使用的全部刀具分別安裝在標（biāo）準刀柄上，在機外進行尺寸預調（diào）整後，按（àn）一定的方（fāng）式（shì）放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從（cóng）刀庫或主軸（zhóu）上取（qǔ）出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀（dāo）庫（kù）。刀庫具有較（jiào）大的容量，既可安裝在主軸箱的（de）側麵或上方。由於帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置的數控（kòng）機床的主軸箱內隻有一（yī）根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另（lìng）外，刀庫內刀（dāo）具數量較大，因而能（néng）夠（gòu）進行複雜零件（jiàn）的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自（zì）動換刀係統適用於數控鑽削（xuē）中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

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（jù）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所示的盤式刀庫（kù），刀具的方向與主軸同向，換刀時主（zhǔ）軸箱上升到一定的位置，使主軸上的（de）刀具正好對準刀庫最下麵的那個位（wèi）置，刀具（jù）被夾住，主軸在CNC的控（kòng）製下，鬆開（kāi）刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸（zhóu）上的刀具，然後刀庫將（jiāng）下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置（zhì），刀（dāo）庫後（hòu）退將新（xīn）刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進（jìn）行下道（dào）工序的加工（gōng）。此換刀裝置的優點是結構簡單，成（chéng）本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時（shí）間長，適用於刀庫容量較（jiào）小的加工中心（xīn）。

對於刀庫容量（liàng）需要較大的加工中心可采用鏈式刀（dāo）庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的（de）形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換（huàn）刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2.刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多（duō）把刀具，每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刀兩種，順序選刀是在加（jiā）工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插（chā）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（xū）重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅（qū）動和控製都比較簡單。因（yīn）此，這種方式適合加（jiā）工批量較大、工件（jiàn）品種數（shù）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，目前大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其分為（wéi）刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三（sān）種。

3.刀具編碼方（fāng）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，一般都是（shì）根據二進製（zhì）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（biān）碼。每把（bǎ）刀具都具有自己的代碼，因（yīn）而刀具可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（dāo）庫的容（róng）量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼（mǎ）環，刀（dāo）具長度加（jiā）長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中（zhōng）取出的刀具必須放回同（tóng）一刀套中（zhōng），取（qǔ）送刀具十分麻煩，換刀時（shí）間長。目前在加工中心上大（dà）量使用記憶式的方式。這種方（fāng）式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對（duì）應地記憶在數控係統的（de）PLC中，無論刀（dāo）具放在哪個刀套內（nèi），刀具信息都始（shǐ）終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀（dāo）套的位置信息。這（zhè）樣刀具就可以任（rèn）意取出並送（sòng）回。刀庫上還設有（yǒu）機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交（jiāo）換（huàn）裝置

數控機床的自動換刀（dāo）裝置（zhì）中，實現刀庫（kù）與（yǔ）機床主軸之（zhī）間傳遞和裝卸刀具（jù）的裝（zhuāng）置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式（shì）有兩種：由刀庫與（yǔ）機（jī）床主軸的相（xiàng）對運動實現刀具交換以及采用（yòng）機（jī）械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對（duì）運動實（shí）現刀具交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回（huí）刀庫，然後再從刀庫中取（qǔ）出新刀具，兩個動（dòng）作不能同時進行，換刀時間較長。而（ér）采（cǎi）用機械手（shǒu）換刀裝置在（zài）換刀時能夠同時（shí）抓取和裝（zhuāng）卸（xiè）機床主軸和刀庫（kù）中的刀具，因此換刀時間進一步（bù）縮短。采（cǎi）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，動作（zuò）快，而且結構簡單。機（jī）械手（shǒu）能夠完成（chéng）抓刀—拔刀—回轉—插刀（dāo）—返回等一（yī）係列動作。為了防止刀具掉落，機械（xiè）手的（de）活動爪（zhǎo）都帶（dài）有自鎖（suǒ）機構。