控機床的自動換刀裝置，你認識幾（jǐ）種（zhǒng）？

數控機床為了能在工件一次裝夾中完（wán）成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所（suǒ）引起的誤差，必須帶（dài）有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿（mǎn）足（zú）換刀時間短、刀具重（chóng）複定位精度高、刀具儲（chǔ）存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本（běn）要求。

一、自動換刀（dāo）裝置的形式

1．回轉（zhuǎn）刀（dāo）架換刀

回轉（zhuǎn）刀（dāo）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（pán）式（shì）軸向裝（zhuāng）刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六（liù）把或更多的刀具（jù），並按數控裝置的（de）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。由於車削加工精度在（zài）很大程度上取決於刀尖位置（zhì），對於數控車床來說，加工過（guò）程中（zhōng）刀具位置（zhì）不進行人（rén）工調整（zhěng），因此更有必要選（xuǎn）擇可靠（kào）的定位方（fāng）案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後（hòu），具有（yǒu）盡可能高的（de）重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架（jià）抬起、刀架轉位（wèi）及刀（dāo）架壓（yā）緊等。

2．更換主軸頭換刀（dāo）（刀具（jù）旋轉為主運動）

更換（huàn）主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機（jī）床的一（yī）種比較簡單的（de）換（huàn）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（zhǒng），通常用轉塔的轉位來更換主（zhǔ）軸頭，以實現（xiàn）自動（dòng）換刀。在轉塔（tǎ）的各（gè）個主軸上，預先（xiān）安裝有各（gè）工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指（zhǐ）令時，各主軸頭依次地轉（zhuǎn）到加工位置，並接通主運（yùn）動，使（shǐ）相應的主軸帶動（dòng）刀具（jù）旋轉。而其它處於不加工位（wèi）置上的主軸都與主運動脫開。

這種（zhǒng）更換主軸換刀裝置，省去了（le）自動鬆、夾、卸（xiè）刀、裝（zhuāng）刀以及刀具搬運等一係列的複雜（zá）操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可（kě）靠（kào）性。但是由於（yú）空間位置的限製，使主軸部件結構（gòu）尺寸不能太大，因而影響了（le）主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸（zhóu）的數目，否則會使結構尺寸增大。因此（cǐ），轉塔主軸頭通常隻適（shì）用（yòng）於工序較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換（huàn）刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀（dāo）裝（zhuāng）置容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜（zá）零件的加工需要（yào），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（yóu）刀庫和換刀機構組成，換刀過程（chéng）較為複（fù）雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調（diào）整後，按一定的方式放入刀庫（kù）。換刀時（shí），先在刀（dāo）庫（kù）中選刀，再由換（huàn）刀裝置（zhì）從刀庫或主軸上取出刀具，進（jìn）行交換，將新（xīn）刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側（cè）麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸（zhóu）箱內（nèi）隻有一（yī）根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精（jīng）密加工要求（qiú）。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能（néng）夠進行複雜零件（jiàn）的多工（gōng）序加（jiā）工（gōng），大大提高了機床（chuáng）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（xuē）中心和加工中心。

二、刀（dāo）庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備（bèi）一定數量的刀具，通過機械（xiè）手實現與主（zhǔ）軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式（shì）刀庫、鏈式刀庫（kù）等多種形式（shì），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（xiàng）與主軸同（tóng）向（xiàng），換刀時主軸箱上升到一定的位置（zhì），使主軸上的刀具正好對準刀（dāo）庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸（zhóu）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孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降（jiàng）到（dào）工（gōng）作位置，完成換刀任務，進行下道工（gōng）序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本（běn）較低，換刀可靠性較好（hǎo）；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量（liàng）需要較大的（de）加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈（liàn）式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環（huán）的形狀可根據（jù）機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出（chū）以（yǐ）便於換刀。當需要增加刀具數量（liàng）時，隻需（xū）增加鏈條的長度即可，給（gěi）刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具（jù）的選擇方式

一般的刀庫（kù）內存放（fàng）有多把刀具，每次（cì）換刀前要進行選刀，常用的（de）選刀（dāo）方法有順序選刀和（hé）任（rèn）意 選刀兩種，順序選（xuǎn）刀是在加工之前，將加工零件所需（xū）刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀（dāo），加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的（de）刀具（jù）順序。其優（yōu）點是刀庫的（de）驅動和控製都比較（jiào）簡單。因此（cǐ），這種方式（shì）適合加工批量較大、工件品種數量較少（shǎo）的中（zhōng）、小型數控機床的（de）自（zì）動換刀。

隨著（zhe）數控（kòng）係統的發展，目（mù）前大多數的數控係統都采用任意選刀的方（fāng）式，其分為刀（dāo）套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方（fāng）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（shí）別的編碼條，一般都是根據二（èr）進製（zhì）編碼的（de）原理進行編（biān）碼。刀具編碼選刀方（fāng）式采用了一種（zhǒng）特殊的刀柄結構，並對每把（bǎ）刀具編（biān）碼。每（měi）把刀具都具有自己的代碼，因而刀具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（jù）長度加長，製造困難，刀庫（kù）和機械手的結（jié）構變複雜（zá）。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（qǔ）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（xīn）上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和（hé）刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論（lùn）刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫（kù）上裝有位置檢測裝置（zhì），可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具（jù）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（shí）就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的（de）自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸（zhóu）之間傳遞和裝卸（xiè）刀具的裝置稱為刀具交（jiāo）換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主（zhǔ）軸的相對運動（dòng）實現（xiàn）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（dāo）具（jù）交換的裝（zhuāng）置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具（jù），兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械（xiè）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（kù）中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用（yòng）機（jī）械手進行刀具交換的（de）方（fāng）式應用最廣泛。這是（shì）因為機械手換刀（dāo）靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插（chā）刀—返回等一係列動作。為了防止刀（dāo）具掉落（luò），機械（xiè）手的活動爪都帶有自鎖機構（gòu）。