​數控機床的自（zì）動換刀裝置，你認識幾種？

　　

數控機床為了能在工件一次裝夾中完成（chéng）多道（dào）加工工（gōng）序，縮短輔助時間，減少多次安（ān）裝（zhuāng）工（gōng）件所引起的（de）誤差，必須帶有自動（dòng）換刀裝置（zhì）。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀（dāo）具（jù）重複（fù）定（dìng）位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

 

一、自動（dòng）換刀裝置的形式

1．回轉刀（dāo）架換刀

回轉（zhuǎn）刀架是一種最簡（jiǎn）單的自動（dòng）換刀裝置，常用於數（shù）控車床。可（kě）以設計成四方刀架、六角刀架（jià）或圓盤式軸向裝刀（dāo）刀架等多種形式。回轉刀架上分別安（ān）裝著四（sì）把（bǎ）、六把或更多的刀具，並按數控裝（zhuāng）置的指令（lìng）換刀。

回轉刀架在結（jié）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上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工（gōng）調整，因此更有必要選擇可靠的（de）定位方案和合理的定位結構，以保證回（huí）轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一（yī）般情況（kuàng）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等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換（huàn）主軸（zhóu）換刀是（shì）帶有旋轉刀具的數控機床（chuáng）的一種比較簡單的換刀（dāo）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（hé）立式兩種，通（tōng）常用轉塔的轉位來（lái）更（gèng）換主軸頭，以實（shí）現自動換刀。在轉塔的各個（gè）主軸上，預先安裝（zhuāng）有（yǒu）各工序所需要的旋轉（zhuǎn）刀具，當發出換刀指令時（shí），各主軸頭依次（cì）地（dì）轉到加工位置（zhì），並接通主運動，使相應（yīng）的（de）主軸帶動刀具旋轉。而其它處（chù）於不加工位置上的（de）主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省（shěng）去了自動鬆（sōng）、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬（bān）運等一係列的（de）複雜（zá）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（zhǔ）軸部件結構尺寸（cùn）不能（néng）太大，因而影響了主軸係統的剛性（xìng）。為了保證主軸的剛性，必（bì）須限製主軸的數目，否（fǒu）則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於（yú）工序較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動（dòng）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不能太多（duō），不能滿足（zú）複雜零（líng）件的加工需要，因此，自動換刀數（shù）控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置（zhì）。帶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。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準（zhǔn）刀柄上，在機外進行尺寸（cùn）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，再由換刀（dāo）裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新（xīn）刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容（róng）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（zhuāng）置的（de）數（shù）控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸（zhóu）部件的剛度要高，以滿足精密加工（gōng）要求。

另外，刀庫內刀具數量（liàng）較大，因而能夠進行複雜零件的多（duō）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（shì）用於數（shù）控鑽削中心和加工中心。

 

二、刀（dāo）庫和刀具（jù）的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一（yī）定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互（hù）換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種（zhǒng）形式，刀庫的形式和容量（liàng）要根據機（jī）床的工藝範（fàn）圍來確定。圖7-16所示的盤（pán）式（shì）刀庫，刀具的方向與主（zhǔ）軸同向（xiàng），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（dāo）具被夾住（zhù），主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具（jù），然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的（de）位（wèi）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（jiàng）到工作位置，完成換刀任務，進行（háng）下道工序的（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；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容（róng）量（liàng）需要較大的加工中心可采用（yòng）鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大（dà），鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀（zhuàng），也可將換刀位突出以（yǐ）便於換刀。當需要增加刀具數量時（shí），隻（zhī）需增加鏈條的長度（dù）即可（kě），給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每（měi）次換刀前要進行選刀，常用的選（xuǎn）刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序（xù）選刀是在加工之前，將加工零（líng）件所需刀具按照工藝要求依次插（chā）入刀庫的刀套中（zhōng），加工是按順序調刀，加工不（bú）同的工件時必須重新調整（zhěng）刀庫中（zhōng）的刀具順序。其優點（diǎn）是刀庫的驅動（dòng）和控製（zhì）都比較簡單。因此，這種方式適（shì）合加（jiā）工批量較大、工件品種數量較（jiào）少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係統都采用任意選刀的方（fāng）式（shì），其（qí）分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編（biān）碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在（zài）刀具或（huò）刀套上安（ān）裝（zhuāng）用於識別的編碼條（tiáo），一般都是根據（jù）二進製編（biān）碼的原理進行編（biān）碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀（dāo）柄（bǐng）結構，並對每把刀具編碼（mǎ）。每（měi）把刀具都（dōu）具有自（zì）己的代（dài）碼（mǎ），因而刀（dāo）具可在不同的工序中多次重複使用，換下的（de）刀具不用放（fàng）回（huí）原刀座（zuò），刀庫的（de）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（jiā）長，製造困（kùn）難，刀庫和（hé）機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀（dāo）套，從一個刀套中取出的刀（dāo）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）控係統的PLC中（zhōng），無論（lùn）刀具放（fàng）在哪個刀套內，刀具信息（xī）都始終記（jì）存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置（zhì），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。刀庫上還設（shè）有機械原點，使每次選刀時就近選取。

 

三、刀具（jù）交換裝置

數（shù）控機床的自動換刀裝置中（zhōng），實現刀（dāo）庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的（de）裝置稱為刀具交換裝置。刀（dāo）具的交換方式有（yǒu）兩種：由刀庫與機床（chuáng）主（zhǔ）軸的相對運動實現刀具交換以及采用（yòng）機械手（shǒu）交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交（jiāo）換的裝（zhuāng）置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫（kù），然後再從刀庫中取出新刀具，兩（liǎng）個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機（jī）械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓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。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快（kuài），而且結構簡單。機（jī）械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構（gòu）。