數控機床的自動換刀（dāo）裝置，你認（rèn）識幾種？

數（shù）控機床為了能在工件（jiàn）一次裝夾中完成多（duō）道加工工序，縮短輔助時間，減少多（duō）次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自（zì）動換刀裝置應當滿足換刀（dāo）時間短、刀具重複（fù）定位（wèi）精度高、刀具儲存量足夠（gòu）、刀庫占地麵積小（xiǎo）以及安全可（kě）靠等基本要求。

一、自動換刀裝（zhuāng）置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自（zì）動換刀裝置，常用於數控車（chē）床。可（kě）以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向（xiàng）裝刀刀架等多種形（xíng）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（lìng）換刀。

回轉刀架在結構上必須具有（yǒu）良（liáng）好（hǎo）的強度和剛度，以（yǐ）承受粗加（jiā）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（dāo）尖位置，對（duì）於數控車床來說，加（jiā）工過（guò）程中刀具位置不進行人工調整（zhěng），因此更有（yǒu）必要選擇可靠的（de）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（jìn）可能高的重複定位精度（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抬起（qǐ）、刀架轉位及刀架壓緊等（děng）。

2．更換主軸頭換刀（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（tóu）實際上就

是一個轉塔（tǎ）刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的（de）轉位來更換主軸頭（tóu），以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主（zhǔ）軸頭依次地轉到（dào）加工位（wèi）置，並接通主運動，使相（xiàng）應的主軸帶動刀具旋轉。而其（qí）它處於不（bú）加工位置上的主軸都與主運動（dòng）脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀（dāo）具搬（bān）運（yùn）等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間（jiān），並提高了換刀的可靠性。但（dàn）是由於（yú）空間位置的限製，使主軸部件（jiàn）結構尺寸不能太大，因而影響了主（zhǔ）軸係統的剛性。為了（le）保證主軸的剛性，必須（xū）限製主軸的數目，否則會使結構尺寸（cùn）增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架（jià）、轉塔頭式換（huàn）刀裝（zhuāng）置容納（nà）的刀具數量不能太多，不能滿足複（fù）雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的（de）自動換刀裝置。帶刀庫的（de）自動換刀裝置由刀庫和換刀（dāo）機構組成，換刀（dāo）過程較為複（fù）雜。首先要把加工過程中（zhōng）使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外（wài）進行（háng）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（zài）由換刀裝（zhuāng）置從刀庫或主軸上取出刀（dāo）具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊（jiù）刀放回（huí）刀庫。刀庫（kù）具有（yǒu）較（jiào）大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的（de）自動換刀裝置的（de）數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具（jù）數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性（xìng）和加（jiā）工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於（yú）數控鑽（zuàn）削中心和加（jiā）工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀（dāo）庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過（guò）機械（xiè）手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫（kù）等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀（dāo）具的方向（xiàng）與主軸同向，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（jiá）住，主（zhǔ）軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前（qián）運動，拔出主軸上的刀具，然後刀（dāo）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（jǐn）刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的（de）加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成（chéng）本較低（dī），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（gōng）中心。

對於刀庫容量需（xū）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（dāo）庫（kù）容量較（jiào）大，鏈環的形狀可根據機床的布局（jú）製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需（xū）要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設（shè）計（jì）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，每次（cì）換刀前要進行選刀，常用的選刀方法（fǎ）有順序選刀和任意 選刀兩（liǎng）種，順（shùn）序選刀是在加工之前，將加工零件（jiàn）所需刀具（jù）按照工藝（yì）要求依次插（chā）入刀庫的刀套中，加（jiā）工是按順序調刀，加（jiā）工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順（shùn）序。其優點是刀庫的驅動和（hé）控製都比較（jiào）簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型（xíng）數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的（de）數（shù）控係統都（dōu）采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具（jù）編碼（mǎ）方式

刀具編碼或刀套（tào）編碼需要在刀具（jù）或刀套上安裝用於（yú）識別的編碼條（tiáo），一般都是根據二進製編碼的原理進行編碼（mǎ）。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具（jù）有（yǒu）自己的代（dài）碼（mǎ），因而刀（dāo）具可在不同（tóng）的（de）工序中多次重複使用，換下的刀具（jù）不用放回原刀座（zuò），刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的（de）編碼環，刀具長度加長，製造困難，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具必須放回同一刀套中（zhōng），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（zhǒng）方式能將刀具號和刀庫中的（de）刀套位置對應地記憶在數控係統（tǒng）的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝（zhuāng）有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具（jù）就可以任（rèn）意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每（měi）次選刀時就近選取（qǔ）。

三、刀（dāo）具交換（huàn）裝置

數控機床的自動換刀裝置（zhì）中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞（dì）和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機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（de）相對運動（dòng）實現刀具交換（huàn）的裝置（zhì）在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後（hòu）再從（cóng）刀庫中取出新刀（dāo）具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用（yòng）機械手換（huàn）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（jiān）進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的（de）方式應用最廣（guǎng）泛（fàn）。這是（shì）因為機械手換（huàn）刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀（dāo）—拔刀—回（huí）轉（zhuǎn）—插刀—返（fǎn）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（zì）鎖機構。