數控機床的自動換刀裝（zhuāng）置，你認識幾種？

數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多（duō）道加工工序，縮短（duǎn）輔助時間，減少多次安裝（zhuāng）工件所引起的誤差，必須帶有自動（dòng）換刀（dāo）裝置。自動換刀裝（zhuāng）置應當滿足換刀時間短、刀具重複（fù）定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一（yī）、自動換（huàn）刀裝置的形（xíng）式

1．回轉刀架換刀

回轉刀（dāo）架是一（yī）種（zhǒng）最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車（chē）床。可以設計成四方刀架、六（liù）角刀架或圓（yuán）盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回（huí）轉刀架上分別安（ān）裝著四把、六把或更多的刀具，並（bìng）按數控裝置的指令（lìng）換刀。

回轉刀架在結構上（shàng）必須具（jù）有良好的強（qiáng）度和剛度，以承受粗加工（gōng）時的切削抗力。由於車削加工精度在（zài）很大程度（dù）上取決於刀尖位置，對於數（shù）控車（chē）床來說，加工（gōng）過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必（bì）要選擇可（kě）靠的定位方案和合理的定位結構，以保（bǎo）證回轉刀架在每次轉位之後（hòu），具有盡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（huàn）刀動作包括刀（dāo）架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具（jù）的數控機床的一種比較簡（jiǎn）單的換刀方式。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（shì）兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自（zì）動換刀。在轉（zhuǎn）塔的各個主軸上，預先（xiān）安裝有各（gè）工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主（zhǔ）軸頭依次地（dì）轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶（dài）動刀具旋轉（zhuǎn）。而其它處於不加工位置上的主軸都與主（zhǔ）運動脫開（kāi）。

這種更（gèng）換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及（jí）刀具（jù）搬運等一係列的（de）複雜（zá）操作，從而縮短了換（huàn）刀時間，並提（tí）高了換（huàn）刀的可靠性。但是由於（yú）空間位（wèi）置（zhì）的限製，使主軸部件結構尺寸不（bú）能太（tài）大，因而影響了主軸係（xì）統的剛性。為了保證主（zhǔ）軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使（shǐ）結（jié）構尺寸增大。因此，轉塔（tǎ）主（zhǔ）軸頭通常隻適用於工序（xù）較（jiào）少、精度（dù）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（huí）轉刀架、轉塔（tǎ）頭式換刀裝置（zhì）容納的刀具數量不能太多，不能滿（mǎn）足複雜零件的加工（gōng）需（xū）要，因此，自動換刀數控機（jī）床多采用（yòng）帶（dài）刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自（zì）動換刀裝置由刀庫和換刀機（jī）構組成，換刀過程較為複雜。首（shǒu）先要（yào）把加工過程（chéng）中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在（zài）機外進（jìn）行尺寸預調整後，按一定的方式放（fàng）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出刀具，進行交換，將（jiāng）新刀裝入主軸，舊刀（dāo）放回刀（dāo）庫。刀庫具有較大的（de）容量，既可（kě）安裝在主軸箱的側麵或上（shàng）方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內（nèi）隻有一根主軸，主軸部件的剛（gāng）度要高，以滿（mǎn）足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能（néng）夠進行（háng）複雜零件的多工序加工，大大（dà）提高了機床（chuáng）的適（shì）應（yīng）性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽（zuàn）削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具（jù）的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一（yī）定（dìng）數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀（dāo）庫、鏈式刀庫等多種形式（shì），刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖（tú）7-16所（suǒ）示的（de）盤式刀庫，刀具的方向與主軸（zhóu）同向，換刀時主軸箱（xiāng）上升到（dào）一定的位置，使主（zhǔ）軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具（jù），然後刀庫將下一個工序所用（yòng）的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退（tuì）將新刀具插入主軸孔（kǒng）中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到（dào）工作位置，完成換（huàn）刀任務，進行下道工序（xù）的（de）加工。此換刀裝置的（de）優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點（diǎn）是換刀時間長，適用於刀庫（kù）容量較小的加工中心。

對於刀庫（kù）容量需要（yào）較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈（liàn）式（shì）刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形（xíng）狀可根據機床的布局製成（chéng）各種形狀，也可將換刀位突（tū）出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加（jiā）鏈條的（de）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（yī）般的刀庫內存放（fàng）有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序（xù）選刀和任意 選刀（dāo）兩種（zhǒng），順序選刀（dāo）是在加工之（zhī）前，將加工（gōng）零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序（xù）調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中（zhōng）的刀具順序。其（qí）優點是刀庫的驅（qū）動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控（kòng）係統的發展，目前大多數的數控係統都采（cǎi）用任意選（xuǎn）刀的方式，其分為刀套編（biān）碼、刀具編碼和記憶（yì）式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀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了一種（zhǒng）特殊的刀（dāo）柄結構，並對每（měi）把刀具編碼。每把刀（dāo）具都具有（yǒu）自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換（huàn）下的刀具（jù）不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減（jiǎn）少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環（huán），刀具長（zhǎng）度加長，製造困難，刀庫和機（jī）械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是（shì）一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中（zhōng）取出的刀（dāo）具必須放回同一刀套（tào）中，取（qǔ）送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在（zài）加工中心（xīn）上（shàng）大量使用記憶式的方（fāng）式。這種方式能將刀具號和刀（dāo）庫中的刀套位置對應地記憶在數控係（xì）統的PLC中，無（wú）論刀具放在哪（nǎ）個刀套內，刀具信息都始（shǐ）終記存（cún）在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每（měi）個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每（měi）次選刀（dāo）時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具（jù）的裝置稱為（wéi）刀具交（jiāo）換（huàn）裝置。刀具（jù）的交換方（fāng）式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及采用機械（xiè）手交換刀具。利用刀（dāo）庫與機（jī）床主軸的（de）相對運（yùn）動實現刀具交（jiāo）換的裝置在（zài）換（huàn）刀時（shí）必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再（zài）從刀庫中取出新刀（dāo）具，兩個動作不能同時進行，換刀時（shí）間較長。而（ér）采用機械手換刀裝置在換刀（dāo）時能夠同時抓取和裝卸機床主（zhǔ）軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方（fāng）式應用最廣泛。這（zhè）是因為機械手（shǒu）換刀靈活（huó），動作快，而且（qiě）結（jié）構簡單（dān）。機（jī）械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作（zuò）。為（wéi）了防止刀具掉落，機械手的活（huó）動爪都帶有自鎖機構。