​CNC數控機床的自動換刀裝置及（jí）其刀（dāo）具係（xì）統（tǒng）！

一、鬥笠式刀（dāo）庫

一般隻能存16~24把刀具，鬥笠式刀庫在換刀時整個刀庫（kù）向主軸移（yí）動。當主軸上的刀具（jù）進入刀庫的卡槽時（shí），主軸向上移（yí）動脫離刀（dāo）具，這時（shí）刀（dāo）庫轉動。當要（yào）換的刀具對（duì）正主軸正下方時主軸下移，使刀具（jù）進入主（zhǔ）軸（zhóu）錐（zhuī）孔內，夾（jiá）緊刀具後，刀庫退回原（yuán）來的位置。

二、圓盤式刀（dāo）庫

圓盤式刀庫通常應用在小（xiǎo）型立式（shì）綜合加工機上。"圓盤刀庫"一般俗稱"盤式刀庫"，以便和"鬥笠式刀庫"、"鏈（liàn）條式（shì）刀庫"相區分。圓盤（pán）式的刀庫容量不大，頂多（duō）二、三十把刀。需搭配自動換（huàn）刀機構ATC(AutoToolsChange)進行刀具交換。

三、鏈條式（shì）刀庫

鏈條式刀庫的特（tè）點（diǎn）是可儲放較多數量之刀具，一般都在20把以上，有些（xiē）可儲（chǔ）放（fàng）120把以（yǐ）上。它是藉由鏈條將要換（huàn）的刀具傳到指定位置，由機械手將刀具裝到主軸上（shàng）。換刀動作（zuò）均（jun1）采用（yòng）馬（mǎ）達加機加工中心使（shǐ）用的刀庫最常見的形（xíng）式是圓盤式刀庫和機械手換刀刀庫。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀（dāo）架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換（huàn）刀裝置，常用（yòng）於（yú）數控車床。可以設計成（chéng）四（sì）方刀架、六（liù）角刀架或圓盤式軸（zhóu）向（xiàng）裝刀刀架（jià）等多種形式。回（huí）轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多（duō）的刀具，並按數控裝置的指令換刀（dāo）。

回（huí）轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力（lì）。由於車削（xuē）加工精度在很大程度上取（qǔ）決（jué）於（yú）刀尖位置，對於數控車床來說，加（jiā）工過程中（zhōng）刀具（jù）位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定（dìng）位方案和合理的定（dìng）位結構，以保證回轉刀架（jià）在每次轉（zhuǎn）位之後，具有盡可能高的重複定位（wèi）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（jià）抬起、刀（dāo）架轉位（wèi）及刀架壓緊等。

2．更換主軸（zhóu）頭換刀（dāo）（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換（huàn）刀是帶有旋轉刀具的數控（kòng）機床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就是一個轉塔（tǎ）刀庫（kù）。

主軸頭有（yǒu）臥式和立式兩種，通常用轉（zhuǎn）塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉（zhuǎn）塔的各個主軸上，預先安裝有（yǒu）各工序所需要的旋轉刀具，當發（fā）出換（huàn）刀指令時，各主（zhǔ）軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應（yīng）的主軸帶動刀具（jù）旋轉。而其它處於不加（jiā）工位置上的主軸都（dōu）與主運動脫開。

這種（zhǒng）更換主軸（zhóu）換刀裝（zhuāng）置，省去（qù）了（le）自動鬆、夾（jiá）、卸刀、裝刀以（yǐ）及刀具搬運等（děng）一係列（liè）的複雜操作（zuò），從而縮短（duǎn）了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。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剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔（tǎ）主軸頭通常隻適用於工（gōng）序較少、精度要求不太高的機床，例（lì）如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔（tǎ）頭式換刀裝置容納的（de）刀具（jù）數量不能太（tài）多，不能滿足複雜零件的加（jiā）工需要，因此，自動換刀（dāo）數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構（gòu）組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的（de）全部刀具分（fèn）別安裝（zhuāng）在標準刀柄上，在機外進（jìn）行尺寸預調整（zhěng）後，按一定的方式放入刀庫。換刀時（shí），先在刀庫中選刀，再（zài）由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的（de）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（zhī）有一根主軸，主軸（zhóu）部件的剛度（dù）要高（gāo），以滿足（zú）精密加工（gōng）要求（qiú）。

另外，刀庫內刀具數量（liàng）較大，因而能夠進行複雜（zá）零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的（de）自動換刀係統適用於（yú）數控鑽削中心和（hé）加工中心。

二、刀庫和刀具的選（xuǎn）擇方式（shì）

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈（liàn）式刀庫等多種形式，刀庫的形式（shì）和容（róng）量（liàng）要根據機（jī）床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式（shì）刀庫，刀具的（de）方向與主軸同向，換刀時（shí）主軸箱上升到一定的位置，使主（zhǔ）軸上的刀具正好對準刀庫最（zuì）下麵的那個位（wèi）置，刀具被夾住（zhù），主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式（shì）刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀（dāo）庫將下一個工序所用的刀（dāo）具旋（xuán）轉（zhuǎn）至與主（zhǔ）軸對（duì）準的（de）位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成（chéng）換刀任（rèn）務，進行下（xià）道工序的加工（gōng）。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換（huàn）刀可靠性較好；缺點是（shì）換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加（jiā）工中心。

對（duì）於刀庫容量需（xū）要較大的加工中心可采（cǎi）用鏈式刀庫，鏈（liàn）式刀庫的結構緊湊，刀（dāo）庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀（dāo）。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條（tiáo）的長度即可，給（gěi）刀（dāo）庫設計與（yǔ）製造帶來（lái）了（le）方（fāng）便。

2.刀具的選擇方式

一般的刀庫（kù）內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意選刀兩種，順序選刀是在加（jiā）工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依（yī）次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工（gōng）件時必（bì）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（jiǎn）單。因此，這種方式適合加工批量較（jiào）大、工件品種（zhǒng）數量（liàng）較（jiào）少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數（shù）控係統的發展，目前（qián）大多數的數（shù）控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具（jù）編碼和（hé）記憶式等三（sān）種。

3.刀具編碼方式

刀具編（biān）碼或刀套（tào）編（biān）碼需要在刀具或刀套上安裝用於識（shí）別的編碼條，一般都是根據二進（jìn）製編（biān）碼（mǎ）的原理進行編碼（mǎ）。刀（dāo）具編碼選刀方式（shì）采用了一（yī）種特殊（shū）的刀柄結構（gòu），並對（duì）每把刀（dāo）具編碼。每把（bǎ）刀具都具有自己的代碼（mǎ），因而刀具可在不同的工序中多次（cì）重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具（jù）上都帶有專用的編碼環（huán），刀具長度（dù）加長，製造困難，刀庫（kù）和機械手的結構（gòu）變複雜。刀套（tào）編碼（mǎ）的方式是一把刀具隻（zhī）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，取送刀具十分麻煩（fán），換（huàn）刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對（duì）應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套（tào）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（huò）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（hái）設有機械原點，使每（měi）次選（xuǎn）刀時就近選取（qǔ）。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動（dòng）換（huàn）刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀（dāo）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（xiàn）刀具交換以及采用（yòng）機械手交換刀具。利用刀庫與機床主（zhǔ）軸的相（xiàng）對運動實現刀具交（jiāo）換（huàn）的裝置在（zài）換刀時必須首先將（jiāng）用過的刀具送回刀庫，然後（hòu）再從刀庫中取出新刀具，兩（liǎng）個動作不能同時進（jìn）行，換刀（dāo）時間較長。而采用機械手（shǒu）換刀裝置在換（huàn）刀時能夠同時（shí）抓取（qǔ）和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式（shì）應用（yòng）最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動（dòng）作快，而（ér）且結構簡單。機械手能（néng）夠完（wán）成抓（zhuā）刀—拔刀—回轉（zhuǎn）—插刀—返回等一係列動作。為了防止（zhǐ）刀具掉落，機械手的活動（dòng）爪都帶有自鎖機構。

下麵是世界上最現代化的數控機床換刀，換刀無影（yǐng）手！

16位自動換刀刀庫

1、刀具交換方式

數（shù）控機（jī）床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床（chuáng）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（jù）的交換（huàn）方式和它們的具體結構對機床的生產率和工作可靠性有著直接的影響。

刀具的交換方式很多，一般（bān）可分為以下兩大類。

（一）無機械手換刀

無（wú）機械手換刀，是由刀（dāo）庫和機（jī）床主軸的相對運動實現的刀具交換。換刀時，必（bì）須首先將用過的刀具（jù）送回刀庫，然後再從刀（dāo）庫中取出新刀具，這兩個動作不可能同時進行，因此（cǐ），換刀時間長。所（suǒ）示的數控（kòng）立式鏜銑床就是采用這種換刀方式的實（shí）例（lì）。它的選（xuǎn）刀（dāo）和換刀由三個坐標軸的數控定位係統來完成，因此每交換一次刀具，工作台和主軸箱就必須（xū）沿著三個坐標軸作兩（liǎng）次來回運動，因而增加了換刀時間。另外，由（yóu）於刀庫置於工作台上，減少了工作台的有效使用麵積。

（二）機械手（shǒu）換刀

由（yóu）於刀（dāo）庫及刀具交換方式的不同，換刀機械手（shǒu）也（yě）有多種形式。因為機械手換刀有很大的靈活性，而且還可以減少換刀時間，應用最為廣泛。

2、機械手形式

在自動換刀（dāo）數控機床中，機械手的形式也是（shì）多種多樣，常見（jiàn）的有以下幾種形式。

1．單臂單爪回轉式機械手

這種機械手的手臂可以回轉不同的角度來進行自動換刀，其手臂上隻有（yǒu）一個卡爪，不論在刀庫上或是在主軸上，均靠這個卡爪來裝（zhuāng）刀及卸刀，因此換刀時間較長，如圖2(a)所示。

2．單臂雙爪回轉式機械手

這（zhè）種機械手的手臂上有兩（liǎng）個卡爪，兩個（gè）卡爪有所分工（gōng）。一個卡爪隻執行從（cóng）主軸（zhóu）上取下“舊刀”送回刀庫的任務，另一個卡爪則執行由刀庫取出“新刀”送到（dào）主軸的任務。其換刀時間較上述單爪回轉式機械手要少

3．雙臂（bì）回（huí）轉式機械手

這種機械手的兩臂上各有一個（gè）卡（kǎ）爪（zhǎo），兩個卡爪可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，回轉180°後又同時將刀具放回刀庫及裝入主軸。這種機械手換刀時（shí）間較以上兩種（zhǒng）單臂機械手均短，是最常用的（de）一（yī）種形式。右邊的機械手在抓取或將刀具送入刀庫及主軸（zhóu）上，兩臂可伸縮。

4．雙機械（xiè）手

這種機械手（shǒu）相當於兩個單（dān）臂單爪機械手，它們互相配合（hé）進行自動換（huàn）刀。其中一個機械手從主軸上取下“舊刀”送回刀（dāo）庫，另一個由刀庫中取出“新刀”裝入機床主軸，

5．雙臂往複（fù）交叉式機械手（shǒu）

這（zhè）種（zhǒng）機械手的兩手臂可以往複運動，並交叉成一定的角度。一個手臂從主軸上取下“舊刀（dāo）”送回（huí）刀庫，另一（yī）個手臂由刀庫中取出（chū）“新刀（dāo）”裝入主（zhǔ）軸。整個機械手可沿某導軌直線移動或繞某個轉軸回轉，以實現由刀庫與主軸間的運刀工作，

6．雙臂端麵夾緊式機（jī）械手

這種機械手隻是在夾緊（jǐn）部位上與前幾種不（bú）同。前（qián）幾種機械手均靠夾緊刀柄的外圓表麵（miàn）來抓取刀具，這種機械手則是靠（kào）夾緊刀柄的兩個端麵來抓取的。

3、機械（xiè）手夾持結構

在換刀過程中，由於機械手抓住刀柄要作快速（sù）回轉，要作（zuò）拔、插（chā）刀（dāo）具的動作，還要保證刀柄鍵槽的角度位置對（duì）準主軸上的驅（qū）動鍵。因此，機械手（shǒu）的夾持部分（fèn）要十分可靠（kào），並保證有適當（dāng）的夾（jiá）緊力，其活動爪要有鎖緊裝置（zhì），以防止刀具在換刀過（guò）程中轉動脫落。機（jī）械手夾持刀具的方法有以下兩（liǎng）種。

（一）柄式夾持

柄式夾持，也稱軸向夾持或V形槽夾持。其刀柄前端有V形槽，供機械手（shǒu）夾持用，目前我國數控機床較多采用這種夾持方式。機械（xiè）手手掌結（jié）構示意圖，它由固定爪（zhǎo）及活動爪（zhǎo）組成，活動爪可（kě）繞軸回轉，其一端在彈簧柱塞的作用下，支靠在擋銷上，調整螺釘以保持手掌適當的夾緊力，鎖緊銷使活動爪牢固地夾（jiá）持刀柄，防止刀具在交換過程中鬆脫。鎖緊銷還可軸向移動，使活（huó）動爪放鬆，以便杈刀從刀柄（bǐng）V形槽中退出。

4、自動換（huàn）刀動作順序

由於自動換刀裝置的布局結構多種多樣，其（qí）換刀過程動作順序會不盡相同。下麵分別以常見的雙臂往複交叉式機械手和鉤刀機械手為例用動作分圖加以說明。

（一）雙臂往複交叉式機械手的換（huàn）刀過程

（1）開始換刀前狀（zhuàng）態。主軸（zhóu）正用T05號刀具進行（háng）加工，裝刀機械手已抓住下一（yī）工（gōng）步需用的T09號刀具，機械手架處（chù）於最高位（wèi）置，為換刀做好了準（zhǔn）備；

（2）上一工（gōng）步結束，機床立柱後退，主軸（zhóu）箱上（shàng）升，使主軸（zhóu）處於換刀位置。接著下（xià）一（yī）工（gōng）步開始，其第一個指令是換刀，機械（xiè）手架回轉180o轉向主軸（zhóu）。

（3）卸刀機械手前伸，抓住主軸（zhóu）上已用過（guò）的T05號刀具。

（4）機械手架由滑座帶動，沿刀具軸線前移，將T05號刀具從主軸上拔出。

（5）卸刀機械手縮（suō）回原位。

（6）裝刀（dāo）機械手前伸，使（shǐ）T09號刀具（jù）對準主軸。

（7）機械手架（jià）後移，將T09號刀具插入主軸（zhóu）。

（8）裝刀機（jī）械手縮回原位。

（9）機械手架回轉180o，使裝刀、卸（xiè）刀（dāo）機械（xiè）手轉向刀庫。

（10）機械手架由橫梁帶動下（xià）降，找第二排刀套（tào）鏈（liàn），卸刀機械手將T05號刀（dāo）具插回P05號刀套中。

（11）刀套鏈（liàn）轉動把在下一個工步需用的T46號刀具送到換刀（dāo）位置,機械手一降,找第三排刀鏈,由（yóu）裝刀機械手將T46號刀（dāo）具（jù）取出。

（12）刀（dāo）套鏈反轉，把P09號刀套送到換刀位置，同時機械手架上升至最高位置，為再下一工步的換刀做好準備（bèi）。

（二）鉤刀機（jī）械手的換刀過程

作為（wéi）最常用的一種換刀形式，換刀一次所需的基本動作如下。

（1）抓刀。手臂旋轉90o，同時抓住刀庫和主軸上的刀具。

（2）拔刀。主軸夾頭鬆開刀（dāo）具，機械手同時將刀庫和主軸上的刀具拔出。

（3）換刀。手臂（bì）旋轉（zhuǎn）180o，新舊刀具更換。

（4）插刀。機械（xiè）手同時將（jiāng）新（xīn）舊刀具分別插入主軸和刀庫，然後主軸夾頭夾緊刀具；

（5）複位。轉動手（shǒu）臂（bì），回到原始位置。