​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了能在工件一次裝夾（jiá）中完成（chéng）多道加（jiā）工工序，縮短輔助時間，減少多次（cì）安裝（zhuāng）工件所引起的誤差（chà），必須帶有自動換刀裝置。自動換（huàn）刀裝（zhuāng）置應當（dāng）滿足換刀時間（jiān）短、刀具重複（fù）定位精度高、刀具儲存（cún）量足夠、刀庫占地麵積（jī）小以（yǐ）及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置（zhì）的形式

1．回轉刀（dāo）架換刀

回（huí）轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床（chuáng）。可以（yǐ）設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝（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（zhuāng）置的指令換刀。

回轉刀架在結構上（shàng）必須具有良好的強度和剛度，以承受粗（cū）加工時的切削抗（kàng）力。由於車削加（jiā）工精度在很大程度上取決於（yú）刀尖位置，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（yǒu）必要選擇可靠的定（dìng）位方案和合（hé）理的定位結構，以保證（zhèng）回轉刀架（jià）在每次轉位之後，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，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主（zhǔ）運動）

更換主軸換刀是帶（dài）有旋轉刀具（jù）的數控機床的一種比較簡單（dān）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（yǒu）臥式和立式兩種，通常用轉塔（tǎ）的轉位來更換主軸頭（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（dāng）發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工（gōng）位置，並接通主（zhǔ）運動（dòng），使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其（qí）它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更（gèng）換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀（dāo）、裝刀（dāo）以及（jí）刀具搬運（yùn）等一係列的複雜操作，從而（ér）縮短了（le）換刀時（shí）間，並提高了換（huàn）刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使（shǐ）主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的（de）剛性。為了保證主軸的剛（gāng）性，必須限製主軸的數目，否（fǒu）則會使結構尺寸增（zēng）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（rú）數控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀（dāo）庫的自動換刀係統

由於回轉（zhuǎn）刀架、轉塔頭式換（huàn）刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能（néng）滿足複雜零件的加（jiā）工需要，因此（cǐ），自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自（zì）動換刀裝置。帶刀庫的（de）自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在（zài）機外進行尺（chǐ）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（huàn）刀裝置從刀（dāo）庫或主（zhǔ）軸（zhóu）上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有（yǒu）較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或（huò）上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置（zhì）的數控機床的主軸（zhóu）箱內隻有一根主軸（zhóu），主軸部件（jiàn）的（de）剛度要（yào）高，以滿足精密加工要求。

另外（wài），刀庫內刀具數量較（jiào）大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大（dà）大提高了機床（chuáng）的適應性和加（jiā）工效（xiào）率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀（dāo）庫和刀具的選擇方（fāng）式（shì）

1.刀庫類型

刀庫（kù）的（de）作用是儲備一定數量（liàng）的刀具，通過（guò）機械手實現與主（zhǔ）軸（zhóu）上刀（dāo）具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機（jī）床的工（gōng）藝範圍（wéi）來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具（jù）的方向與主軸同向（xiàng），換刀時主軸箱上升到一定的位置（zhì），使主軸上的刀具正（zhèng）好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾（jiá）住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄（bǐng），盤式刀庫向（xiàng）前運動，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（wèi）置，刀庫（kù）後退將新刀具插入主軸孔中，主軸（zhóu）夾緊刀柄，主軸箱下降（jiàng）到工作位置，完成（chéng）換刀任務，進行下道（dào）工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，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中心。

對於刀（dāo）庫容量需要較（jiào）大的（de）加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈（liàn）式刀庫的結構（gòu）緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床（chuáng）的布（bù）局製（zhì）成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加（jiā）刀具數量時，隻需增加（jiā）鏈條的長（zhǎng）度即可（kě），給刀庫設計與製造帶來（lái）了方便。

2.刀（dāo）具的選擇方式

一（yī）般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用（yòng）的選刀方法有順序選刀和（hé）任意選刀兩種，順序選刀是在加工（gōng）之前，將加工零件（jiàn）所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調（diào）刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的（de）刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合（hé）加工（gōng）批量較大、工（gōng）件品（pǐn）種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著（zhe）數（shù）控係統的發展，目前大多數的數（shù）控係（xì）統都（dōu）采用（yòng）任意（yì）選刀的方式，其分（fèn）為刀套編（biān）碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3.刀具編碼方式

刀具編碼（mǎ）或刀套編（biān）碼需要在刀具（jù）或刀套（tào）上安裝用於（yú）識別（bié）的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原理進行編（biān）碼。刀具編碼選刀方式采用了一種（zhǒng）特殊的刀柄結（jié）構，並對每把（bǎ）刀具編碼。每把刀具都具有自己（jǐ）的代碼，因而刀具可在不同的工序中多（duō）次重複使用，換下的刀（dāo）具不用放回原刀座，刀庫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，製造困（kùn）難，刀（dāo）庫和機械手的結構變複雜。刀套（tào）編碼的方式是一把（bǎ）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，取送（sòng）刀具十分麻煩，換刀時間長。目（mù）前（qián）在（zài）加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方（fāng）式能將刀具號和刀庫中的刀（dāo）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（dāo）庫上裝有（yǒu）位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機械（xiè）原（yuán）點，使每（měi）次選刀時就近（jìn）選取。

三、刀具（jù）交換裝置（zhì）

數（shù）控機（jī）床的自動換刀裝置（zhì）中，實現（xiàn）刀庫與（yǔ）機床主軸（zhóu）之間傳遞（dì）和裝（zhuāng）卸刀具的裝置稱（chēng）為（wéi）刀（dāo）具交換裝置。刀具的（de）交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對（duì）運動實現刀具（jù）交換以及采用機械手交換刀具。利用刀庫（kù）與機床主軸的相對運動實現刀具交（jiāo）換的裝置在換刀時（shí）必（bì）須首先將用過的刀具送回刀庫，然（rán）後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換（huàn）刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓（zhuā）取和裝卸機床主軸和刀庫中（zhōng）的刀具，因此換刀時間進一（yī）步（bù）縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因（yīn）為機械手換刀靈活，動作快，而且結（jié）構簡單（dān）。機械手能夠完成抓刀（dāo）—拔刀—回（huí）轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落（luò），機械手的活動爪都帶有自鎖機（jī）構。