數控機床的（de）自動換刀裝置，你認識幾種？

數（shù）控機床為了能在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（zhuāng）工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足（zú）換刀時間（jiān）短、刀具重複定位精度高、刀具（jù）儲存量足夠、刀庫（kù）占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置（zhì）的形（xíng）式

1．回轉刀架換刀

回轉刀（dāo）架是一種最簡單的自動換刀裝（zhuāng）置，常用於（yú）數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式（shì）軸（zhóu）向裝刀刀架等多種形式。回轉刀（dāo）架上（shàng）分別安裝著四（sì）把、六把或更多的刀具，並按數控裝置（zhì）的指令（lìng）換刀。

回轉刀架（jià）在結構上必須具（jù）有良好的強度和剛度，以承受（shòu）粗加工時（shí）的切削抗力（lì）。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位（wèi）置，對於數控車床來（lái）說，加工過程中（zhōng）刀具位置不進行人工調整，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轉位之後，具有盡可能高的重複定位精（jīng）度（一（yī）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））

更換主軸（zhóu）換刀是帶有旋轉刀具的數控（kòng）機床的一種比較（jiào）簡單的換（huàn）刀（dāo）方式。這種主軸頭實（shí）際上就

是一個轉（zhuǎn）塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位（wèi）來更換主軸頭，以實現自動換（huàn）刀。在轉塔的（de）各個主軸上，預先安裝有各（gè）工序所需要的旋轉刀具，當發出（chū）換刀指令時，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（tā）處於不加工位置上（shàng）的主軸都與主運動（dòng）脫開。

這種更（gèng）換主軸換刀（dāo）裝置（zhì），省去了自動（dòng）鬆（sōng）、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬（bān）運等一（yī）係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了（le）換（huàn）刀的（de）可（kě）靠性。但是由於空間位（wèi）置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因（yīn）而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的（de）剛性，必須（xū）限製主軸的數目，否則會使（shǐ）結構尺寸增（zēng）大。因此，轉塔（tǎ）主軸頭通常隻（zhī）適用於工序較少、精度（dù）要求不太高的機床（chuáng），例如數（shù）控鑽、銑床等。

3.帶（dài）刀庫（kù）的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容（róng）納的（de）刀具數量不能太（tài）多，不能滿足複雜零件的加工（gōng）需要，因此，自動換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由刀（dāo）庫和換（huàn）刀機構組成，換刀過程較為複（fù）雜。首先要把加（jiā）工過程中使（shǐ）用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺（chǐ）寸預調整後，按一定的方（fāng）式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀（dāo），再由換刀裝置從刀庫或（huò）主軸上（shàng）取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸（zhóu），舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱（xiāng）的側麵或上（shàng）方。由於帶刀庫（kù）的自動換刀裝置（zhì）的數控機床的主軸箱內（nèi）隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高（gāo），以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進（jìn）行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適（shì）應（yīng）性和加（jiā）工效率。帶刀（dāo）庫的自動換刀係統適用（yòng）於數（shù）控鑽（zuàn）削中心和加（jiā）工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫（kù）類型

刀庫的（de）作用是儲備一定數量的刀具，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、鏈式刀庫等多種形式，刀（dāo）庫的形式和容量要根（gēn）據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所（suǒ）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（xià）麵的（de）那個位（wèi）置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製（zhì）下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔（bá）出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸（zhóu）孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱（xiāng）下降到工作位置，完成換（huàn）刀任務（wù），進行下道（dào）工序的加工（gōng）。此換刀裝置的優點是結（jié）構簡單，成（chéng）本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時（shí）間長，適用於刀庫容量較小的（de）加工中心。

對於刀庫容（róng）量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖（tú）7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形（xíng）狀可根據機床的布（bù）局製成各種形（xíng）狀，也可將換刀位突出以（yǐ）便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需（xū）增加鏈條的長度即可，給（gěi）刀庫設（shè）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（yǒu）多把刀具（jù），每次換刀前要進行選刀，常用的選刀（dāo）方法有順序選刀和任（rèn）意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將（jiāng）加工（gōng）零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按（àn）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序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單（dān）。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數（shù）量（liàng）較少的中、小型（xíng）數控機床的自動換刀。

隨著數控係（xì）統的發展，目前大多數的數（shù）控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（dāo）具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般（bān）都是根據二進（jìn）製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種（zhǒng）特殊的刀柄（bǐng）結構，並對每把刀具編碼。每把（bǎ）刀（dāo）具都具有自（zì）己的代碼，因而刀具（jù）可在不同的工序中多（duō）次重複使用，換下的刀具不用放回原（yuán）刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶（dài）有專用的（de）編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀（dāo）庫（kù）和機械（xiè）手的結構（gòu）變複雜。刀套編碼的方式是（shì）一把（bǎ）刀具隻對應一個刀套，從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，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶（yì）式的方式。這種方式能將刀具號和（hé）刀（dāo）庫中的（de）刀套位置對應地記憶在數控係統（tǒng）的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內（nèi），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。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每（měi）次（cì）選刀時就近選取。

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（zhǔ）軸之（zhī）間傳（chuán）遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換（huàn）裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的（de）相對運動實現刀具交換（huàn）以及采用（yòng）機械手交換刀具。利用刀（dāo）庫與（yǔ）機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必（bì）須首（shǒu）先將用過的刀具送（sòng）回刀庫，然後再從刀庫（kù）中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手（shǒu）換刀裝（zhuāng）置在換（huàn）刀時能夠同時抓（zhuā）取（qǔ）和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間（jiān）進一步縮短。采用機械手進行（háng）刀具交換的方式應用（yòng）最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作（zuò）快（kuài），而且結構（gòu）簡單。機械手能夠（gòu）完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回（huí）等一係列動作。為了防止（zhǐ）刀（dāo）具掉落，機械手的（de）活動爪都帶（dài）有自鎖（suǒ）機構。