數控機床的自動換刀裝置，你認（rèn）識幾種？

數控機床為了能（néng）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（yīng）當滿足換刀時（shí）間（jiān）短、刀具重複定位精（jīng）度高、刀具儲存量足夠、刀（dāo）庫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（huàn）刀（dāo）

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常（cháng）用於數控車床。可以（yǐ）設計成四方刀架、六角（jiǎo）刀架或（huò）圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式（shì）。回轉刀架上分別（bié）安裝著四把（bǎ）、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的強度和剛度，以承受粗加工時（shí）的切削抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決（jué）於刀尖位置，對於數控車床來說，加工（gōng）過程中刀具位（wèi）置不進行人工（gōng）調整，因此更有必要選擇可靠的定位方（fāng）案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次（cì）轉位之後，具有盡可能高的重複定位（wèi）精度（一（yī）般（bān）為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊（jǐn）等。

2．更換主軸頭換刀（刀（dāo）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（zhǒng）比較簡單（dān）的換刀方式。這種主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩（liǎng）種，通常用轉塔的轉位來更（gèng）換主軸頭，以實現自動（dòng）換刀。在轉塔（tǎ）的各（gè）個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀（dāo）具，當（dāng）發出換刀指令時，各主軸頭依（yī）次地轉到加（jiā）工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其（qí）它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫（tuō）開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及（jí）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。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不（bú）能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為（wéi）了保證（zhèng）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、精度要求不太高的機床，例如數（shù）控（kòng）鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置（zhì）容納的刀具數（shù）量不能太多，不能滿足複雜零件的加工（gōng）需要，因（yīn）此，自動換刀數控機床多采用帶刀（dāo）庫的自動換刀裝（zhuāng）置。帶刀庫（kù）的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過（guò）程較為複（fù）雜（zá）。首先要把加工（gōng）過程中使用的全部（bù）刀具（jù）分別（bié）安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一（yī）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主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊（jiù）刀（dāo）放回刀庫。刀庫具有較大（dà）的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻（zhī）有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加（jiā）工要求。

另外（wài），刀庫內刀具數量較大（dà），因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機（jī）床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於（yú）數控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

刀庫的作用是儲（chǔ）備一定數量的（de）刀具，通過機械手實現與主（zhǔ）軸上刀具的互換。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，換刀時主軸箱上升到一定的位（wèi）置，使主軸上的刀具正好對準（zhǔn）刀庫最下麵的那個（gè）位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向（xiàng）前（qián）運動，拔出主軸上的刀（dāo）具（jù），然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準（zhǔn）的位置（zhì），刀庫後退將新刀具（jù）插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置（zhì），完成換刀任務，進行下道（dào）工序的加工。此（cǐ）換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好（hǎo）；缺點是（shì）換刀時間長，適用（yòng）於刀庫容量較小的加工中（zhōng）心。

對於刀庫容量需要（yào）較大的加工中心可采（cǎi）用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀（dāo）庫的（de）結構緊湊，刀庫容量（liàng）較大（dà），鏈環（huán）的形狀可根據機（jī）床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增（zēng）加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來（lái）了方便。

2. 刀具的選擇方式

一（yī）般的刀庫內存（cún）放有多把刀具，每次換刀前要進行（háng）選刀（dāo），常（cháng）用的選刀（dāo）方法（fǎ）有（yǒu）順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在（zài）加工之前，將加工零件所需刀具按照工（gōng）藝要求依次插入刀庫的刀套（tào）中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時必須（xū）重新調整刀庫中的刀具順序。其優點（diǎn）是刀庫的驅（qū）動和控製都比（bǐ）較簡單。因此，這種方式適合（hé）加（jiā）工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機（jī）床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目（mù）前大（dà）多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記（jì）憶式等三（sān）種。

3. 刀具編（biān）碼方式

刀（dāo）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）都是根據二進製編（biān）碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀（dāo）方式采用了一種特殊的刀柄（bǐng）結構，並對（duì）每把刀具編碼。每把刀具都具有自（zì）己（jǐ）的代碼，因（yīn）而刀具（jù）可（kě）在（zài）不同的（de）工序中多次重複使用，換下的刀具不用放（fàng）回原（yuán）刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長（zhǎng），製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的（de）方式（shì）是一把刀具隻對應一個刀套（tào），從一個刀（dāo）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（zài）加（jiā）工中心上大量使用（yòng）記憶式的方式。這種方式能將（jiāng）刀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（lùn）刀具放在哪個刀套內，刀具信（xìn）息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢（jiǎn）測（cè）裝置，可獲得每個刀套（tào）的位置信息。這樣刀（dāo）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裝置中，實現刀庫與機床主軸之間（jiān）傳遞（dì）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相對運動實現刀具交換以及采（cǎi）用機械手交（jiāo）換（huàn）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（kù），然後再（zài）從刀（dāo）庫中取出新刀（dāo）具（jù），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（zài）換刀時（shí）能夠同時抓取和裝卸機（jī）床（chuáng）主軸（zhóu）和刀庫中的（de）刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行（háng）刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完（wán）成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為（wéi）了防止刀具掉落，機械手的活動（dòng）爪都（dōu）帶有自鎖機構。