數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控（kòng）機床為了能在工（gōng）件一次（cì）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。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短（duǎn）、刀具重複定位（wèi）精（jīng）度高、刀具儲存（cún）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．回轉刀架換刀

回轉刀（dāo）架是一種（zhǒng）最簡（jiǎn）單的自動換刀（dāo）裝置（zhì），常用於數（shù）控車（chē）床。可（kě）以設計成四方刀架、六角（jiǎo）刀架或圓盤（pán）式軸向裝刀刀架等多種形（xíng）式（shì）。回轉刀架上分別安裝著四把、六（liù）把或更多的刀具，並按數（shù）控裝置（zhì）的指令換刀。

回轉刀架（jià）在結構上必須具有良（liáng）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（zài）很大程（chéng）度上取決於（yú）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（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（fù）定（dìng）位（wèi）精度（一般為（wéi）0.001～0.005mm）。

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

2．更（gèng）換主軸頭換刀（刀具旋轉為主（zhǔ）運動）

更換（huàn）主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床（chuáng）的一（yī）種比較（jiào）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種，通常用轉塔的轉（zhuǎn）位來更換主軸頭，以實現自動換（huàn）刀。在轉塔的各個（gè）主軸上，預先（xiān）安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依（yī）次地轉到加工（gōng）位置，並接通（tōng）主運動，使相應的主軸帶（dài）動刀具旋（xuán）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（huàn）刀裝置（zhì），省去了（le）自動（dòng）鬆、夾、卸刀（dāo）、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。但（dàn）是由於空間位置的限製，使主軸部件結（jié）構尺寸不能（néng）太大，因（yīn）而（ér）影響了主軸係統的剛性。為了保證（zhèng）主軸的剛（gāng）性，必（bì）須限製主軸的數目（mù），否則會使結構尺寸增大。因（yīn）此，轉塔主軸頭通（tōng）常隻適用於工（gōng）序（xù）較（jiào）少、精度要求不太高的機（jī）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、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量（liàng）不能太多，不能滿足複雜零（líng）件（jiàn）的加工需要，因此，自動換刀（dāo）數（shù）控（kòng）機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的（de）自動換刀（dāo）裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過（guò）程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上（shàng），在機外進行（háng）尺寸（cùn）預調整後，按（àn）一定（dìng）的方式放入（rù）刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫（kù）或主軸上取出（chū）刀具，進行（háng）交換，將新刀裝（zhuāng）入主軸，舊（jiù）刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，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，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行（háng）複雜（zá）零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中（zhōng）心。

二、刀庫和刀具的選（xuǎn）擇方式（shì）

1.刀庫類型

刀庫（kù）的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀（dāo）庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等（děng）多種形式，刀（dāo）庫的形式和（hé）容量要根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（de）方向與主軸同向，換（huàn）刀時主軸箱上升到（dào）一定的位置，使主軸（zhóu）上的刀具正好對準刀（dāo）庫最下麵的那個位（wèi）置，刀（dāo）具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤（pán）式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具（jù），然後刀庫將下一個工（gōng）序所用的刀具（jù）旋轉至與主軸對準的位置，刀庫（kù）後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務（wù），進（jìn）行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡（jiǎn）單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於（yú）刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較（jiào）大的加工中心可采（cǎi）用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種（zhǒng）形狀，也可將換刀位突（tū）出以便於換刀。當需要增加刀具數（shù）量時，隻需增加鏈條的（de）長度即可（kě），給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一（yī）般的刀庫內存放有多把刀具，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（liǎng）種，順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工（gōng）藝（yì）要求依次插入刀庫的刀套中，加（jiā）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序。其優點是（shì）刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種（zhǒng）數量較少的中、小型數控機床的（de）自動（dòng）換刀。

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

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具（jù）或刀套上安裝用於識別的（de）編碼條，一般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具（jù）編碼（mǎ）選刀方式采用了（le）一種特（tè）殊的刀柄結構，並對每把刀具編（biān）碼。每把（bǎ）刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的（de）工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也（yě）可相應減少。但每（měi）把刀具上都帶有專用的編碼環（huán），刀具（jù）長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構（gòu）變複（fù）雜。刀（dāo）套編（biān）碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一（yī）個刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具（jù）十分麻煩，換刀時間（jiān）長。目（mù）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應地記憶在數（shù）控（kòng）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（cún）在PLC內。刀庫上（shàng）裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置（zhì）信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀（dāo）庫上還設有機械原點，使每（měi）次選刀時就近選（xuǎn）取（qǔ）。

三、刀具交（jiāo）換裝置

數控機（jī）床（chuáng）的自動（dòng）換刀裝（zhuāng）置中（zhōng），實現刀庫與機（jī）床主（zhǔ）軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱（chēng）為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由（yóu）刀庫與機床（chuáng）主軸的相對運動實現刀具交換以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（dāo）時（shí）必須首先將用過（guò）的刀具送回刀庫，然後再從刀（dāo）庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行（háng），換刀時（shí）間（jiān）較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能（néng）夠同時抓取和裝卸機床主（zhǔ）軸和刀庫中的刀具（jù），因此換刀時間進一步縮（suō）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（jī）械（xiè）手換刀靈活，動（dòng）作快（kuài），而且結（jié）構簡單（dān）。機械手能夠完成抓刀—拔（bá）刀—回轉—插刀—返回等（děng）一係列動作。為了防止刀具掉落（luò），機械手的活動爪都（dōu）帶有自（zì）鎖機構。