數控機床的自動（dòng）換刀裝置，你認識幾種？

數控機（jī）床為了能在工件一次裝夾中（zhōng）完成多道加工工（gōng）序，縮短輔助（zhù）時（shí）間（jiān），減少多次安裝（zhuāng）工件（jiàn）所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足（zú）夠、刀庫（kù）占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一（yī）種最簡單（dān）的自動換（huàn）刀（dāo）裝置，常用於數控車床。可以設計（jì）成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種（zhǒng）形式。回轉刀架上分別（bié）安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換（huàn）刀。

回轉刀架在結構上必（bì）須具有良好（hǎo）的強度和剛度（dù），以承受粗加工時的切（qiē）削抗力。由於車削加（jiā）工精度在很大（dà）程度上取決於刀（dāo）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調整，因此更有必要選（xuǎn）擇可（kě）靠的定位（wèi）方案（àn）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（gāo）的重（chóng）複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換（huàn）刀動作包括刀架抬起、刀架轉（zhuǎn）位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換（huàn）刀（刀具旋轉為主運動）

更換主（zhǔ）軸（zhóu）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（jì）上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通（tōng）常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主（zhǔ）軸上，預先安裝（zhuāng）有各工序所需要的（de）旋轉刀具，當發出換刀（dāo）指令時，各主軸頭（tóu）依次地（dì）轉到加工位（wèi）置，並接通主運動（dòng），使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸（zhóu）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、裝刀（dāo）以及（jí）刀具搬運等一係列（liè）的複雜操作，從而縮短了換（huàn）刀時間，並提高了換刀（dāo）的可靠性（xìng）。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結（jié）構（gòu）尺寸不能太大，因而影響（xiǎng）了主軸係統的剛性。為了（le）保證主軸的（de）剛性，必須限製主軸的（de）數目，否則（zé）會使結構尺寸增大。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（děng）。

3.帶刀庫的（de）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（dāo）具數量不能太多，不能滿足複雜零件（jiàn）的加工需要，因（yīn）此，自動換刀數控機床多采用帶刀（dāo）庫的自動（dòng）換刀裝置。帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置由刀（dāo）庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首（shǒu）先要把加工過程中使用的（de）全部刀具分別安裝在標（biāo）準刀（dāo）柄（bǐng）上，在機外進行尺寸預調整（zhěng）後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取（qǔ）出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放（fàng）回刀庫。刀庫具有較（jiào）大的容量，既可安裝在（zài）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（shù）控機床的主軸箱內隻有（yǒu）一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數（shù）量較大，因而能夠進行複雜零件的多工（gōng）序加工，大大提高了機床的適（shì）應（yīng）性和加工效率。帶刀庫（kù）的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二（èr）、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，通過機械手（shǒu）實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多（duō）種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝（yì）範圍（wéi）來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具（jù）的方向與（yǔ）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（dāo）庫最下麵的那個位置（zhì），刀具被（bèi）夾住，主軸在（zài）CNC的控製下，鬆（sōng）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（xià）一個工序所用的刀（dāo）具旋轉至與主軸對（duì）準的位置，刀庫後退將新刀具（jù）插入主（zhǔ）軸孔中，主軸夾（jiá）緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換（huàn）刀任務，進行下道工（gōng）序的加工。此換刀裝置的（de）優點是結構簡單，成本較（jiào）低，換刀可靠性（xìng）較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中（zhōng）心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式（shì）刀庫的結構緊湊（còu），刀庫容量較大，鏈（liàn）環（huán）的形（xíng）狀（zhuàng）可根（gēn）據機床的布局製成各種形狀，也（yě）可（kě）將換刀位突出以便於換刀。當需要增加（jiā）刀具數（shù）量時，隻需增加鏈條的長（zhǎng）度即可，給刀庫設計與製造（zào）帶來了方便。

2. 刀具的（de）選擇方式

一般的（de）刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要（yào）進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種（zhǒng），順序（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庫的刀套中，加工是（shì）按（àn）順序調（diào）刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀（dāo）具順序。其優點是（shì）刀庫的驅動和控製都比較簡（jiǎn）單。因此，這種方（fāng）式適合加工批量較大、工件品種數量較少的（de）中、小型數控機床的自動換（huàn）刀。

隨著數控係統的發展，目（mù）前大多數的數控係統都采（cǎi）用任意選（xuǎn）刀的方式（shì），其分為刀套編碼、刀具編碼（mǎ）和記憶（yì）式等三（sān）種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要（yào）在刀具或刀套（tào）上安裝用於識別的編碼條，一（yī）般都是根據二進製（zhì）編碼的原理（lǐ）進行編碼。刀具編碼（mǎ）選刀（dāo）方式采用了一種特殊的刀柄結構，並（bìng）對每把刀（dāo）具編碼。每把刀具（jù）都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用（yòng），換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減（jiǎn）少。但每把（bǎ）刀具上都帶有專（zhuān）用的編碼環，刀具長度加（jiā）長，製造困（kùn）難，刀庫和機械（xiè）手的結構變複雜。刀套編（biān）碼的方（fāng）式是一把刀具隻對應一個刀套（tào），從一個刀套中取出的刀具必須放回同（tóng）一刀套中，取送刀具（jù）十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記（jì）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（kòng）係統的PLC中，無（wú）論刀具（jù）放在哪個刀（dāo）套內，刀具信息都始終記存在（zài）PLC內。刀庫上裝有位置（zhì）檢測裝置（zhì），可獲得每個刀套的（de）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（xiè）原點，使每次（cì）選刀時就近（jìn）選取。

三（sān）、刀具交換裝置

數（shù）控機床的自動換刀裝置中（zhōng），實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀（dāo）具的（de）交換（huàn）方式有兩（liǎng）種：由刀（dāo）庫與機床主軸的相對運（yùn）動實現刀（dāo）具交換以及采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床（chuáng）主軸的相對運動實現刀具交換的裝（zhuāng）置在換刀（dāo）時必須首（shǒu）先將用過的刀具送（sòng）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（jìn）行，換（huàn）刀（dāo）時間較長。而（ér）采用機械手換刀裝置在換刀時能夠（gòu）同時抓取和（hé）裝卸機床主軸和（hé）刀庫中的刀具，因此換刀時間進一（yī）步縮短。采用機械手進行刀具（jù）交換的（de）方式應用最廣泛。這是因為機械手換（huàn）刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返（fǎn）回等（děng）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。