​​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種（zhǒng）？

數控機床為了能在工件一次（cì）裝夾中完成多道加工工序（xù），縮短輔助（zhù）時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶（dài）有自動換刀裝（zhuāng）置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間（jiān）短、刀具（jù）重複定位精度（dù）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（zhuǎn）刀架換刀

回轉刀架是一種最簡（jiǎn）單的自（zì）動換刀裝（zhuāng）置，常用於數控（kòng）車床。可（kě）以設計成四方刀架、六（liù）角刀（dāo）架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀（dāo）架上分別安裝著（zhe）四把、六把或更多的刀具，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）的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由（yóu）於（yú）車削加工精度在很（hěn）大程度上取決（jué）於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選（xuǎn）擇（zé）可靠的定位方案和合理的定位結構，以（yǐ）保（bǎo）證回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（bān）情況下，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．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動（dòng））

更換（huàn）主（zhǔ）軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床（chuáng）的一（yī）種比較簡單的（de）換刀方式（shì）。這種主（zhǔ）軸頭實際上就

是一（yī）個轉（zhuǎn）塔（tǎ）刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉（zhuǎn）位來更換主（zhǔ）軸頭，以實現自動換（huàn）刀。在轉塔的各（gè）個主軸上，預先（xiān）安裝（zhuāng）有各工（gōng）序所需（xū）要的旋轉刀具，當（dāng）發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到（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的主（zhǔ）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，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性（xìng）。但是由（yóu）於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影（yǐng）響了主軸係（xì）統（tǒng）的剛性。為（wéi）了保證主軸的（de）剛性，必須（xū）限製主軸（zhóu）的數（shù）目，否則會（huì）使結構尺寸（cùn）增大。因此，轉塔主軸頭通常隻（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.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀（dāo）裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工（gōng）需要，因此，自動換（huàn）刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置（zhì）由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複（fù）雜。首先要把加工過程中使用的（de）全部刀具分別安裝在標準（zhǔn）刀柄上，在機外進行（háng）尺寸預調整後，按一定的方（fāng）式放入刀庫。換刀（dāo）時，先在刀庫中選刀，再由換（huàn）刀裝（zhuāng）置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝（zhuāng）入主軸，舊刀放回刀（dāo）庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝（zhuāng）在主軸箱的側麵或上（shàng）方。由於帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置的數（shù）控機床的主軸箱內隻有（yǒu）一根（gēn）主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足（zú）精密加（jiā）工要（yào）求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的（de）多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率（lǜ）。帶刀庫的（de）自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇（zé）方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲（chǔ）備（bèi）一定數量的刀具（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（kù）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，刀具的方向與主軸同向，換刀（dāo）時主軸箱上升到一定（dìng）的位置，使主軸上的（de）刀具正好對準刀庫最下麵的（de）那個位置，刀具被夾住（zhù），主軸在CNC的（de）控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向（xiàng）前運動（dòng），拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的（de）刀具旋轉至與（yǔ）主軸對準的（de）位置，刀庫（kù）後退將新刀具插（chā）入（rù）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（rèn）務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是（shì）結（jié）構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換（huàn）刀（dāo）時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

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

2.刀具的選擇方式

一般的刀庫內（nèi）存（cún）放有多把（bǎ）刀具，每（měi）次換刀前要進行選（xuǎn）刀，常用的選刀方法有（yǒu）順序選刀和（hé）任意選（xuǎn）刀兩種，順（shùn）序選（xuǎn）刀是在加工之前（qián），將加工零件所（suǒ）需刀（dāo）具按照工藝要求依（yī）次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順（shùn）序。其優點是刀庫的驅動和控（kòng）製都比較簡單。因此，這種（zhǒng）方式適合加工（gōng）批量較大、工件品種數（shù）量（liàng）較少的中、小型數控機（jī）床的自動換刀。

隨著（zhe）數控係統的發展，目前大多數的數控（kòng）係統都采用任意選刀的（de）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（fāng）式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或（huò）刀套上安裝（zhuāng）用於識別的編碼條，一（yī）般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編（biān）碼選刀方式采（cǎi）用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每（měi）把（bǎ）刀具都具有自己的代碼，因而刀具可（kě）在不同（tóng）的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座（zuò），刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具（jù）上都帶有專用的編碼環，刀（dāo）具長度加長（zhǎng），製造困難（nán），刀庫和機械手的結構變（biàn）複雜。刀（dāo）套（tào）編（biān）碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從（cóng）一個刀套中取（qǔ）出的（de）刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩（fán），換刀時間長。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（jiāng）刀具號和刀庫中的刀套位置對應地（dì）記憶在數控（kòng）係統的PLC中，無論刀具（jù）放在哪個刀套內，刀具（jù）信息都（dōu）始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢（jiǎn）測裝置（zhì），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取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀（dāo）裝置中（zhōng），實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝（zhuāng）卸刀具的裝（zhuāng）置稱（chēng）為刀具交換裝置。刀具的交換方式有（yǒu）兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以（yǐ）及采用機械手交換刀具。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，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采（cǎi）用機械手換刀裝置在換刀時能夠（gòu）同（tóng）時（shí）抓取和（hé）裝卸機床（chuáng）主軸和（hé）刀（dāo）庫中的刀具（jù），因此換刀時間進一步（bù）縮短。采用機（jī）械手進行刀具（jù）交換（huàn）的方式應用最廣泛。這是因為（wéi）機械手換刀靈活，動作（zuò）快，而且結構簡單。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（shǒu）的活動爪都帶有自鎖機構。