​數控機床（chuáng）的自動換刀裝置，你認識幾（jǐ）種？

　　

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）足換刀時間（jiān）短、刀具重複定位精（jīng）度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可（kě）靠等基本要（yào）求。

 

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換（huàn）刀

回轉刀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（jì）成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向（xiàng）裝刀刀架等多（duō）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（zhì）的指令換刀。

回（huí）轉（zhuǎn）刀架在結構上必須具（jù）有（yǒu）良好的強度和剛度，以承（chéng）受粗加工時的切（qiē）削抗力。由於車削加工（gōng）精（jīng）度在很（hěn）大程度上取（qǔ）決於刀尖位置，對於數控車床來說，加（jiā）工過程中刀具位置不進行人工調整，因（yīn）此更有必要選擇可靠的定（dìng）位（wèi）方案和（hé）合理的定位結構（gòu），以保證回轉（zhuǎn）刀架在每次轉位之後，具（jù）有盡可能（néng）高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架（jià）的（de）換刀動作包（bāo）括（kuò）刀架抬起、刀架轉位及刀架（jià）壓緊（jǐn）等。

2．更換主軸頭換刀（dāo）（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的一（yī）種比（bǐ）較簡單的換刀方式。這種主（zhǔ）軸頭實際（jì）上就

是一個轉（zhuǎn）塔刀庫。

主軸（zhóu）頭有（yǒu）臥（wò）式和立式兩種，通常用轉塔（tǎ）的轉位來更換主軸頭（tóu），以實（shí）現自動換刀。在轉塔的各（gè）個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當（dāng）發出換（huàn）刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位（wèi）置上的主（zhǔ）軸都與主運動脫開。

這種（zhǒng）更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以（yǐ）及（jí）刀（dāo）具搬運等一係（xì）列的複雜操作，從而縮短了換刀（dāo）時間，並提高了換刀（dāo）的可靠性。但是（shì）由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而（ér）影響了主軸（zhóu）係統的剛性。為了（le）保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增（zēng）大。因此，轉塔主軸頭通常隻（zhī）適用於（yú）工序較少、精度要（yào）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（xì）統

由於回（huí）轉刀架、轉塔頭式（shì）換刀（dāo）裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置（zhì）。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組（zǔ）成，換刀過程較為複（fù）雜。首先（xiān）要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝（zhuāng）在標準刀（dāo）柄上（shàng），在機外進行尺寸預調（diào）整後（hòu），按一定的方式（shì）放入刀庫。換刀時，先（xiān）在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出（chū）刀（dāo）具（jù），進行交（jiāo）換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀（dāo）庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫（kù）的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸（zhóu），主（zhǔ）軸部件的剛度要高，以滿足精密加工（gōng）要求。

另（lìng）外（wài），刀庫內刀具數量較大（dà），因而能（néng）夠進行複雜零件的多工序（xù）加工（gōng），大（dà）大提高了機床的適應性和（hé）加工效率（lǜ）。帶刀庫的自動換刀係統適用（yòng）於數控鑽削中心和加工（gōng）中心。

 

二（èr）、刀庫（kù）和刀具的選擇（zé）方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲（chǔ）備一定數量的刀（dāo）具，通過機械手實現與主軸（zhóu）上刀具的互換。刀庫的類型有（yǒu）盤式刀（dāo）庫、鏈式刀庫等多種形式，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（shì）刀庫，刀（dāo）具的方向與主軸同向，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，刀具被夾住，主（zhǔ）軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運（yùn）動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫（kù）將下一（yī）個工序所用的刀具旋轉至（zhì）與主軸對準的位置，刀庫後退將（jiāng）新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸（zhóu）箱下降到工作位置，完成換刀任務（wù），進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較（jiào）低，換刀可靠性（xìng）較（jiào）好；缺點是換刀時（shí）間（jiān）長，適用於（yú）刀庫（kù）容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要（yào）較大的加工（gōng）中心可采用鏈式（shì）刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的（de）布局製成各（gè）種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增（zēng）加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造（zào）帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般（bān）的（de）刀庫（kù）內存放有多把（bǎ）刀具，每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，順序選刀是在加工之前，將加工零件所（suǒ）需刀具按照工藝（yì）要求依次插入（rù）刀庫的刀套中，加工是按順序調刀（dāo），加工不同的工件時（shí）必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方（fāng）式適合加工批量較大、工（gōng）件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換（huàn）刀。

隨著數控係統的（de）發展，目前大多數的（de）數控係（xì）統都采用任意選刀的方（fāng）式，其分為（wéi）刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三（sān）種。

3. 刀具編碼方式

刀具（jù）編碼或刀（dāo）套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用（yòng）了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原（yuán）刀座，刀庫（kù）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（yī）把刀具隻對應一個刀套，從一（yī）個刀套中取出的刀具必須放回同一（yī）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（liàng）使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的（de）刀套（tào）位置對應地記憶在數控係統的（de）PLC中，無論（lùn）刀具放在（zài）哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀（dāo）庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以（yǐ）任意（yì）取出並送回。刀庫上（shàng）還設有機械原點，使每次選刀時就近選取。

 

三、刀具交換裝置

數控機床的自動（dòng）換刀裝（zhuāng）置中，實現刀庫與（yǔ）機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相（xiàng）對（duì）運動實現刀具（jù）交換以及采（cǎi）用機械手交換刀具。利用刀庫（kù）與機床主（zhǔ）軸的（de）相對運動實現刀具交（jiāo）換的裝置在（zài）換刀時必須首（shǒu）先將用過的（de）刀具送回刀庫，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。而采用機械手換刀裝置（zhì）在換（huàn）刀時能（néng）夠同時（shí）抓取和（hé）裝卸機床主（zhǔ）軸和刀庫中的（de）刀具，因此換刀時間進一（yī）步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣（guǎng）泛。這是因為機械手換刀靈活，動（dòng）作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀（dāo）—回轉—插刀—返回等（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。