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（fǔ）助時間，減少多次安裝工件所引（yǐn）起的誤差（chà），必須帶（dài）有自動換刀裝置。自動（dòng）換刀裝（zhuāng）置（zhì）應當滿足換刀（dāo）時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵（miàn）積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝（zhuāng）置的形式（shì）

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（shù）控車床。可（kě）以設計（jì）成四方（fāng）刀架、六角刀架（jià）或圓盤式軸向裝（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，以承受粗加工時的切（qiē）削抗力。由於（yú）車削（xuē）加工精度在（zài）很大程度上取決於（yú）刀尖位置，對於（yú）數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人（rén）工調整，因此更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（dāo）架（jià）在每次轉位之後，具（jù）有盡可能高的重複定位精度（一（yī）般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架（jià）的換刀動作包（bāo）括（kuò）刀架抬（tái）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（yùn）動）

更換主軸換（huàn）刀是帶有旋（xuán）轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換刀方式（shì）。這種主（zhǔ）軸頭實（shí）際上就

是一個（gè）轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常（cháng）用轉（zhuǎn）塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在（zài）轉塔的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具（jù），當發出（chū）換刀指令（lìng）時，各主軸頭依（yī）次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動（dòng）刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了（le）自動鬆、夾、卸刀、裝（zhuāng）刀以及刀具搬（bān）運（yùn）等一（yī）係列的複雜操作（zuò），從而（ér）縮短了（le）換（huàn）刀（dāo）時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間（jiān）位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統（tǒng）的剛性。為了保證（zhèng）主軸的剛性，必（bì）須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸（zhóu）頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太高（gāo）的機床，例如數控鑽、銑床（chuáng）等。

3.帶刀庫的自（zì）動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容（róng）納的（de）刀具數量（liàng）不能太多，不能滿足複雜零件的加工需（xū）要，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刀庫和換刀機構組成，換（huàn）刀過程較（jiào）為複雜。首先要把（bǎ）加工（gōng）過程中使用的全（quán）部刀（dāo）具分別安（ān）裝在標準（zhǔn）刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放（fàng）入刀庫（kù）。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀（dāo）庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入（rù）主軸，舊刀（dāo）放回刀庫。刀庫（kù）具有較大（dà）的容量，既可（kě）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（de）主軸箱內隻有（yǒu）一根主軸，主軸部件的剛度（dù）要高，以（yǐ）滿（mǎn）足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工（gōng）序加工，大大提高了機（jī）床的適（shì）應性和（hé）加工效率。帶刀（dāo）庫的自（zì）動換刀（dāo）係統適用於數控鑽（zuàn）削中心和加工中心。

二、刀庫和（hé）刀具（jù）的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定（dìng）數量的刀具，通過機械（xiè）手實（shí）現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈（liàn）式刀庫等多種（zhǒng）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（shì）刀（dāo）庫，刀具的方向與主軸同（tóng）向，換刀時主軸箱（xiāng）上升到一（yī）定的位置，使主軸上的刀（dāo）具正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀（dāo）具被夾（jiá）住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上（shàng）的刀具，然後刀庫將下一（yī）個工序（xù）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（chā）入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完（wán）成換刀任務，進行下道（dào）工（gōng）序的加工。此（cǐ）換刀裝置的優點是結構簡單，成（chéng）本較低，換刀可靠性較好；缺點（diǎn）是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫（kù）容量需要較大的加工中（zhōng）心可采用鏈（liàn）式刀庫（圖7-17），鏈（liàn）式（shì）刀庫的結構緊（jǐn）湊（còu），刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換（huàn）刀。當需（xū）要增（zēng）加刀（dāo）具數量時，隻需增加鏈條的（de）長度即可，給刀庫設計與製造帶（dài）來了方便。

2. 刀（dāo）具的（de）選擇方式（shì）

一般的刀（dāo）庫內存放（fàng）有多把刀具，每（měi）次換刀前要（yào）進（jìn）行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀（dāo）兩種，順序選刀是（shì）在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要（yào）求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時（shí）必須重（chóng）新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫（kù）的驅動和控製都比（bǐ）較簡單（dān）。因此，這種方式（shì）適合（hé）加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數（shù）控機床的自動換刀。

隨著數控係（xì）統的發展，目（mù）前大多數的數控（kòng）係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套（tào）編碼、刀具編碼和記憶（yì）式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編（biān）碼或刀套編碼需要在刀具（jù）或刀套上安裝用於識別的編碼（mǎ）條，一般都是（shì）根據二進製編（biān）碼的原理（lǐ）進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一（yī）種特殊的刀柄結構（gòu），並對每把刀具編碼。每把刀具都具（jù）有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座（zuò），刀庫的容量也可（kě）相應減少（shǎo）。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製（zhì）造困難，刀庫和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套，從一個刀套中取出的刀（dāo）具（jù）必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間（jiān）長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方（fāng）式。這種方式（shì）能將刀具號和（hé）刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控（kòng）係統的PLC中，無（wú）論刀具放在哪個刀套內，刀具信（xìn）息都始終記存在PLC內。刀（dāo）庫上裝有位置檢測裝（zhuāng）置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送（sòng）回。刀庫上還設有機械原點，使（shǐ）每次選刀時（shí）就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機（jī）床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主（zhǔ）軸之間傳遞和裝卸刀具的裝（zhuāng）置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫（kù）與機（jī）床主軸的相對運動實現刀具交換（huàn）以及采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相（xiàng）對運動實現刀具交換的裝置（zhì）在換刀時必須（xū）首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能（néng）同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取（qǔ）和（hé）裝卸機（jī）床主軸和刀庫中的刀具，因（yīn）此（cǐ）換刀時間進一步縮短（duǎn）。采用機械（xiè）手進行（háng）刀具交換的方式應用最廣泛。這是（shì）因為機械手換（huàn）刀靈活，動（dòng）作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔（bá）刀—回轉—插刀—返回等一係列動作（zuò）。為了防止刀具掉落，機械手的活（huó）動爪都（dōu）帶（dài）有自鎖機構。