​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為（wéi）了能在工件一次（cì）裝夾中（zhōng）完成多道加工工序（xù），縮短輔（fǔ）助時（shí）間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必（bì）須帶有自動換刀裝置。自動（dòng）換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一（yī）種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車（chē）床。可以設計成四方刀架（jià）、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種（zhǒng）形式。回轉刀架上（shàng）分別安裝（zhuāng）著四把、六把或（huò）更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好（hǎo）的（de）強度和剛度（dù），以承受粗（cū）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（zhì），對於數控車床來說，加工過程（chéng）中刀具位置不進行人工（gōng）調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的（de）定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具（jù）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（jià）的換刀動作包括刀架抬（tái）起、刀架（jià）轉位及刀架壓（yā）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（dāo）庫。

主軸頭有臥式和（hé）立式兩種，通常用轉塔的轉（zhuǎn）位來更換（huàn）主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的（de）各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當（dāng）發出換刀指令時，各主（zhǔ）軸（zhóu）頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而（ér）其（qí）它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝（zhuāng）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（suō）短了換刀時間，並提高了換刀的（de）可靠性。但是由於空（kōng）間位置的限製，使主軸部件結（jié）構尺（chǐ）寸不能（néng）太大，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（mù），否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常（cháng）隻（zhī）適用於工序較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自（zì）動（dòng）換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式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（dòng）換刀數控機床多采用帶刀庫的（de）自（zì）動換刀裝置。帶刀庫的自（zì）動換刀裝（zhuāng）置（zhì）由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為（wéi）複雜。首先要把（bǎ）加工過（guò）程中使（shǐ）用的（de）全部刀具分別安裝在（zài）標準刀柄上，在機外進行尺寸（cùn）預調整後，按一定的方式放入刀庫。換（huàn）刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝（zhuāng）置從刀庫或主軸上取出（chū）刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，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（fāng）。由於帶刀庫的（de）自動換（huàn）刀裝置的數控（kòng）機床的主軸（zhóu）箱內隻有（yǒu）一根主軸，主軸部件的剛度要高（gāo），以滿足精密（mì）加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因（yīn）而能（néng）夠進行複雜零件的多工序加（jiā）工，大大提高了（le）機（jī）床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中（zhōng）心。

二、刀庫和刀具（jù）的選擇方式

1.刀庫（kù）類（lèi）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（zhóu）上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和（hé）容量（liàng）要根據機床的工藝範圍來確（què）定。圖7-16所示的盤式刀（dāo）庫，刀具的方向與主軸（zhóu）同向，換刀時主軸箱上升到一（yī）定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀（dāo）庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運（yùn）動（dòng），拔（bá）出主軸上的刀（dāo）具，然後刀庫（kù）將下一個工序所用的刀具旋（xuán）轉至與主（zhǔ）軸對準的位置，刀（dāo）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，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點（diǎn）是結構簡單（dān），成本較低，換刀可靠（kào）性較好（hǎo）；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中（zhōng）心。

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

2.刀具的選擇（zé）方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每（měi）次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順（shùn）序選（xuǎn）刀和任意選刀兩種，順序選刀是在加工之前（qián），將加工零件所（suǒ）需刀具按（àn）照工藝（yì）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。其優點是刀庫的驅動（dòng）和控製都比較（jiào）簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數（shù）量較少的中、小型數控機床的（de）自動換（huàn）刀（dāo）。

隨著數控（kòng）係統（tǒng）的發展，目前大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編（biān）碼、刀具編碼和記（jì）憶（yì）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）安裝用於識別的編碼條，一般都是（shì）根（gēn）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（le）一種（zhǒng）特殊的刀柄結構，並對每（měi）把刀具編碼。每把刀具都具有自己（jǐ）的代碼，因而刀具（jù）可（kě）在不同的工序中多（duō）次重複使用，換下的刀具不用放（fàng）回（huí）原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把（bǎ）刀具上都帶（dài）有專用的編碼（mǎ）環，刀具長度加長，製（zhì）造困難，刀（dāo）庫和（hé）機械手的結（jié）構變複雜。刀套（tào）編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從（cóng）一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時（shí）間長。目（mù）前在加（jiā）工中心上（shàng）大量使用記（jì）憶式（shì）的方式。這種方式能將刀（dāo）具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的（de）PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內（nèi）。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得（dé）每個刀套的位置信息。這樣刀具就（jiù）可以任意取出並送回。刀庫上還設（shè）有機械原（yuán）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（dāo）裝置中，實現刀庫與機床主（zhǔ）軸之間（jiān）傳遞和裝卸刀具的（de）裝置稱為（wéi）刀具交換裝置。刀具的交換方式有（yǒu）兩種（zhǒng）：由刀庫與機床（chuáng）主軸的相對運動實現刀具交換（huàn）以及采用機械（xiè）手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相（xiàng）對運動實現（xiàn）刀具交換的裝置在換刀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（dāo）具，兩（liǎng）個動作不（bú）能同時進行（háng），換刀時間較長。而采用（yòng）機械手換刀裝置在換刀時能夠同時（shí）抓（zhuā）取（qǔ）和裝卸機床（chuáng）主軸和刀庫中的刀具，因此換（huàn）刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式（shì）應用（yòng）最廣泛。這是因為機械手換刀（dāo）靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回（huí）轉—插刀—返回等一（yī）係列動（dòng）作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪（zhǎo）都（dōu）帶有自鎖機構。