​​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序（xù），縮短輔助時間，減少多（duō）次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝（zhuāng）置。自動換刀（dāo）裝置（zhì）應當滿足換刀（dāo）時間短、刀具重複定位精度高、刀具（jù）儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要（yào）求。

一、自（zì）動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床（chuáng）。可以設計成四方刀架、六角刀架（jià）或圓（yuán）盤式軸（zhóu）向（xiàng）裝刀刀架等多種（zhǒng）形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多（duō）的刀具，並按數控裝置的指令（lìng）換刀。

回轉刀架在結構上必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（jīng）度在很大程（chéng）度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀（dāo）具（jù）位置不進行人工調整（zhěng），因此更（gèng）有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次（cì）轉位之後，具有盡可能（néng）高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

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

2．更換主軸頭（tóu）換刀（刀具旋轉為（wéi）主運動（dòng））

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床（chuáng）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（tóu）有臥式和立式兩種（zhǒng），通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉（zhuǎn）塔的各個主軸上，預先安裝有各工序（xù）所需要的旋轉（zhuǎn）刀具，當發出換刀（dāo）指令時，各主軸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。而其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置，省去了自動鬆、夾（jiá）、卸刀、裝刀（dāo）以及刀具搬運（yùn）等一係列的（de）複雜操作，從而縮（suō）短了（le）換刀時間，並提高了（le）換刀的可靠性。但（dàn）是由於空（kōng）間位置（zhì）的限製，使主軸部件結構尺寸不能（néng）太大（dà），因而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，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適（shì）用於工序較少（shǎo）、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫（kù）的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀（dāo）裝置容（róng）納的刀（dāo）具數（shù）量不（bú）能太多，不能滿足（zú）複雜零（líng）件（jiàn）的加工需要，因此，自動換刀數控（kòng）機床（chuáng）多采用帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置。帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置（zhì）由刀（dāo）庫和換刀機構組（zǔ）成，換刀過程較為複雜。首先要把加工（gōng）過程中使用的（de）全（quán）部刀具分別安裝在（zài）標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或（huò）主（zhǔ）軸上取出刀（dāo）具，進行交換，將新刀裝入主軸（zhóu），舊刀（dāo）放回刀庫。刀庫具（jù）有較大的容量，既（jì）可安裝在主（zhǔ）軸箱的側（cè）麵或上方。由（yóu）於帶刀庫的自動換刀裝置的數控（kòng）機床的主軸箱內隻（zhī）有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量（liàng）較大，因而能夠進行複雜零件（jiàn）的多工序加工，大大提高（gāo）了機床的適應性和加工效率（lǜ）。帶（dài）刀庫的自動（dòng）換刀係統適用於數控（kòng）鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫（kù）類型

刀庫的作用是儲備一定（dìng）數量的刀具，通過機（jī）械（xiè）手實現與主軸上刀具的互換。刀（dāo）庫的類型有盤式刀庫、鏈式（shì）刀（dāo）庫等多種形式，刀庫的（de）形式和容（róng）量要根（gēn）據機床的工藝範圍來確（què）定。圖7-16所（suǒ）示的盤式（shì）刀庫，刀（dāo）具的方向與主軸同向，換刀時主軸（zhóu）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（xià）麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控（kòng）製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀（dāo）具，然後刀庫將下一（yī）個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置（zhì），刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主（zhǔ）軸箱下降到工作位置（zhì），完成換刀任務，進行（háng）下道工序（xù）的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本（běn）較低，換刀可靠（kào）性較好；缺點（diǎn）是換刀時間長，適用於刀庫容量（liàng）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（shì）刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結（jié）構緊湊，刀庫容量較大（dà），鏈環的形狀可根據機（jī）床的布局製成各種（zhǒng）形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加（jiā）刀具數量時，隻（zhī）需增加（jiā）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（bān）的刀庫內存（cún）放有多把刀（dāo）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（zài）加工之前，將加工零件所需刀（dāo）具按照工藝要求（qiú）依次插入刀庫的刀套中，加工是（shì）按順序調刀，加工不同的（de）工件時必須重新（xīn）調整刀庫中的刀具（jù）順序。其優點是（shì）刀庫的（de）驅動和（hé）控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小（xiǎo）型數控機床的自（zì）動換刀（dāo）。

隨著數控係統的發展，目（mù）前大多數的數（shù）控係（xì）統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀（dāo）具編碼和記憶式等（děng）三種。

3.刀具（jù）編碼方式

刀具（jù）編碼或刀套編碼需要在刀具或（huò）刀套上安裝用於識別的編碼條，一（yī）般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具（jù）編碼選刀方式采用了一種特殊的刀（dāo）柄結構，並對每把（bǎ）刀（dāo）具編碼（mǎ）。每把刀具都具有（yǒu）自（zì）己的代碼，因而（ér）刀具（jù）可在不同的工序中多次重複使（shǐ）用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也（yě）可相應減（jiǎn）少。但每（měi）把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長（zhǎng）度加（jiā）長，製造困難，刀庫和機械（xiè）手的結構變複雜。刀套編碼的方（fāng）式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必（bì）須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀（dāo）具號和刀（dāo）庫中的刀（dāo）套位置對應地記（jì）憶在數控係統的PLC中，無論刀（dāo）具放在哪個刀（dāo）套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具（jù）就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機械（xiè）原點，使每次選（xuǎn）刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控（kòng）機床的自動換刀裝置中，實（shí）現刀庫與機床（chuáng）主軸之（zhī）間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主（zhǔ）軸的相對運動實現刀具交換以及（jí）采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相（xiàng）對運動實（shí）現刀具交（jiāo）換的裝置在換刀時必須首先將用過（guò）的刀（dāo）具送回刀庫（kù），然後再從刀庫中取（qǔ）出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機（jī）床主軸和刀庫中的刀具（jù），因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式（shì）應用最廣泛。這（zhè）是因為（wéi）機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械（xiè）手能夠完成抓刀（dāo）—拔刀—回轉—插刀（dāo）—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落（luò），機械手的活動爪都帶有自鎖機構。