數控機床的自動（dòng）換刀裝置，你認識幾種？

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

一、自動（dòng）換（huàn）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（zhuāng）置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝（zhuāng）刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別（bié）安裝著四把、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。由於車削加工精度在很大程度（dù）上取（qǔ）決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位（wèi）方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後（hòu），具有盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況（kuàng）下，回轉（zhuǎn）刀架的（de）換刀（dāo）動作包括刀架抬（tái）起、刀架轉位及（jí）刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更（gèng）換主軸換刀是帶（dài）有旋轉刀（dāo）具的數控機床（chuáng）的一種比較簡單的換刀（dāo）方式。這種（zhǒng）主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫（kù）。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位（wèi）來（lái）更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個（gè）主軸上，預先安（ān）裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀（dāo）指令時，各主軸（zhóu）頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸（zhóu）帶動刀具旋轉。而其它處於不（bú）加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種（zhǒng）更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾（jiá）、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮（suō）短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但（dàn）是由於空間位（wèi）置的限製，使主軸部件結構尺寸不（bú）能太大，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（zhì）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用於工序較少、精度要（yào）求（qiú）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（yú）回（huí）轉刀架、轉塔頭式換（huàn）刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足（zú）複（fù）雜零件的加工需要，因（yīn）此，自動（dòng）換（huàn）刀數控機床多采用帶刀庫的（de）自動換刀裝置。帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置由刀庫和換（huàn）刀機（jī）構組成，換刀過程較為複雜。首先（xiān）要把加工過程中使用的全部刀具分別安（ān）裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時（shí），先在刀庫中選（xuǎn）刀，再由換刀（dāo）裝置從刀庫或（huò）主軸上取出刀具（jù），進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放（fàng）回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或（huò）上方。由於帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置的數控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。

另外（wài），刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高（gāo）了機床的適應（yīng）性和加工效率。帶刀庫的（de）自動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（jù）的選擇方式

1.刀庫類型（xíng）

刀庫的作（zuò）用是儲備（bèi）一定數量的刀具（jù），通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀（dāo）庫的類型有盤（pán）式刀庫、鏈式（shì）刀庫等多種形式，刀（dāo）庫的形式和容（róng）量要根據機床的（de）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，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀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，盤式刀庫向前運動，拔出主（zhǔ）軸上的刀具，然後刀庫將下一（yī）個工序所用的刀（dāo）具旋轉至與（yǔ）主軸（zhóu）對準的位置，刀（dāo）庫後退將新刀具插（chā）入主（zhǔ）軸孔中，主軸夾緊刀柄（bǐng），主軸箱下降到工作（zuò）位置（zhì），完（wán）成換刀任務，進行下（xià）道工序的（de）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（yú）刀庫容量較小的加工中心。

對（duì）於刀庫容量需要較大的（de）加工中心可采用鏈式刀庫（kù）（圖7-17），鏈式（shì）刀庫的結構緊湊（còu），刀（dāo）庫容量較（jiào）大，鏈（liàn）環的形狀可根據機床（chuáng）的布（bù）局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加（jiā）刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫（kù）設計與製造帶（dài）來了方便。

2. 刀具的（de）選擇方式

一般的刀（dāo）庫內存放有多把刀具，每次換刀前要（yào）進行選刀，常（cháng）用的（de）選刀方法有（yǒu）順序選刀和任意（yì） 選刀兩種，順序（xù）選刀是在（zài）加工（gōng）之前，將加工零件所需刀具按照工藝（yì）要求依次插入刀庫的（de）刀套中，加工是按順序調刀，加工不（bú）同（tóng）的工（gōng）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和控製都比較簡單。因此，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（kòng）機床的自（zì）動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係統都采（cǎi）用任意選刀的方式，其分為刀套編（biān）碼、刀（dāo）具編碼和記（jì）憶式等三種。

3. 刀具（jù）編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀（dāo）具或刀套上安裝用於識別的編碼條（tiáo），一般都是根據二進製編（biān）碼的原理進（jìn）行編碼。刀具編碼選刀方式采（cǎi）用了（le）一種（zhǒng）特殊的刀柄結構，並對每把（bǎ）刀具編碼。每把刀（dāo）具（jù）都具有（yǒu）自己的代碼，因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（yuán）刀座，刀（dāo）庫的容量（liàng）也可（kě）相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編（biān）碼環，刀具長度加長，製造困難（nán），刀庫和機械手的結構（gòu）變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對（duì）應一個刀（dāo）套，從一個刀套中取（qǔ）出的刀具必須放回同一刀（dāo）套中，取送刀（dāo）具十分麻煩，換刀時（shí）間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對（duì）應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置（zhì）檢測裝置，可（kě）獲得（dé）每個刀套的（de）位置信息。這樣刀具就可以任意取出（chū）並送回。刀庫上還設（shè）有（yǒu）機（jī）械原點，使每次選刀時（shí）就近選取（qǔ）。

三、刀具交換裝置

數控機床的自（zì）動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞（dì）和裝卸刀具的裝置稱為刀具（jù）交換（huàn）裝（zhuāng）置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床（chuáng）主軸的相對運動實現刀具（jù）交換以及采用機械手交換刀具（jù）。利用刀庫與機床（chuáng）主軸的相對運動實（shí）現（xiàn）刀具（jù）交換的裝置在換刀時（shí）必須（xū）首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出（chū）新刀具，兩個（gè）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同時抓（zhuā）取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短（duǎn）。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（huàn）刀靈（líng）活，動作快，而且結（jié）構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列（liè）動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自（zì）鎖機構。