​數控機床的自動換刀裝置，你認識（shí）幾種（zhǒng）？

　　

數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工（gōng）工序（xù），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（dāo）裝置應當滿（mǎn）足（zú）換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地（dì）麵積小以及（jí）安全可（kě）靠等基本要求。

 

一（yī）、自動換刀裝置的形式

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。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式（shì）軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀（dāo）架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具（jù），並按（àn）數控裝置（zhì）的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛（gāng）度，以承受粗（cū）加工時的切削抗力。由於車削加（jiā）工精度在很大程度上（shàng）取決於刀尖位置，對（duì）於數（shù）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（kào）的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每（měi）次轉位之後，具有盡可能（néng）高的重複（fù）定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一（yī）般（bān）情況下，回轉刀架（jià）的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸（zhóu）頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換（huàn）主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床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（kù）。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔（tǎ）的轉位來（lái）更換主（zhǔ）軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個（gè）主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當（dāng）發出換刀指令時，各主（zhǔ）軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使（shǐ）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（zhǔ）運動脫開。

這種更（gèng）換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀（dāo）、裝刀以及刀具（jù）搬運等一係列（liè）的複（fù）雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠（kào）性。但是由於空間位置的（de）限製，使主軸部件結構尺（chǐ）寸不能（néng）太大，因而影（yǐng）響了主軸係統的剛性。為了保（bǎo）證主軸（zhóu）的剛性，必須限製主軸的數目，否（fǒu）則會使結構尺寸（cùn）增大。因此（cǐ），轉塔主軸頭（tóu）通常隻適用於工序較少、精度要求不太高的（de）機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由（yóu）於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納（nà）的（de）刀具數量不能太多，不能滿足複雜（zá）零件的加（jiā）工需要，因此，自動（dòng）換刀數控機床多采用帶刀（dāo）庫的自（zì）動換刀裝置。帶（dài）刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構（gòu）組成，換刀過程較為複雜。首先要（yào）把加（jiā）工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外（wài）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（dāo）裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀（dāo）裝入主軸，舊刀放回刀庫（kù）。刀（dāo）庫具有（yǒu）較大的容量，既可安裝在主（zhǔ）軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的（de）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（mì）加工要求。

另外，刀庫（kù）內刀具數量（liàng）較（jiào）大，因而能夠進行複雜零件的多工序（xù）加（jiā）工，大大（dà）提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自（zì）動（dòng）換刀係統適用於（yú）數控鑽削中心和加工中心。

 

二、刀庫和刀（dāo）具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過（guò）機械手實現與主（zhǔ）軸上刀具的互換（huàn）。刀庫的類型（xíng）有盤式刀庫、鏈式（shì）刀庫等多種形式，刀庫（kù）的形式（shì）和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示（shì）的盤（pán）式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升到（dào）一（yī）定的位置（zhì），使主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那（nà）個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式（shì）刀庫向前運動，拔出主軸上的（de）刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具（jù）旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後（hòu）退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀（dāo）柄，主軸箱下降到工作位置，完（wán）成換刀（dāo）任務，進行下道工序的（de）加工。此換刀裝置的優（yōu）點是結構（gòu）簡單，成本較低，換刀（dāo）可靠性（xìng）較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量（liàng）較小的（de）加工中心。

對於（yú）刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式（shì）刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的（de）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（jiā）刀具（jù）數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶（dài）來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的（de）刀庫內存放（fàng）有多把刀具，每次換刀前要進行（háng）選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任（rèn）意（yì） 選刀兩種（zhǒng），順（shùn）序（xù）選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀（dāo）庫的刀套中，加工是按（àn）順序調（diào）刀，加工（gōng）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。因此，這種（zhǒng）方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀（dāo）。

隨著數控係統的發展，目前大多（duō）數的數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（sān）種。

3. 刀具編碼方式

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，一般都是根據二（èr）進製編碼的原（yuán）理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用（yòng）了一種特殊的（de）刀柄結構，並對每把刀具（jù）編碼。每把刀具（jù）都具有自己的代碼（mǎ），因（yīn）而刀具可在不同的工序中（zhōng）多次重複使（shǐ）用，換下的刀（dāo）具不用放回原刀座，刀庫（kù）的容（róng）量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專（zhuān）用的（de）編碼環，刀具長（zhǎng）度加長，製造困難，刀庫和（hé）機械手的結構變複（fù）雜（zá）。刀套（tào）編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀（dāo）套，從一個刀套中取（qǔ）出的刀具必（bì）須放回同一刀套中，取送（sòng）刀（dāo）具（jù）十（shí）分麻煩，換（huàn）刀時間長。目前在加工中（zhōng）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控係統的（de）PLC中，無論刀具（jù）放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢（jiǎn）測裝置，可（kě）獲得（dé）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（yuán）點，使每次選（xuǎn）刀時（shí）就近（jìn）選取。

 

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀（dāo）裝置（zhì）中，實現刀庫與機床主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（liǎng）種：由刀庫與機床主軸的相對運動（dòng）實現刀具交換以及采（cǎi）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（jù）交換的裝置在（zài）換刀時必須首先將用過的（de）刀具（jù）送回刀庫（kù），然後再從刀（dāo）庫中取出新刀具（jù），兩（liǎng）個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀（dāo）裝置在換刀時能夠（gòu）同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫（kù）中的刀具，因此換刀時間進（jìn）一（yī）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（huó），動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成（chéng）抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉（diào）落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構（gòu）。