​CNC數控機床的（de）自動換刀裝置及其刀具係（xì）統！

一（yī）、鬥笠式刀庫

一般隻能存16~24把刀具，鬥笠式刀（dāo）庫在換刀時整（zhěng）個刀庫（kù）向主軸移動。當主軸上的刀具進入刀庫的卡槽時，主軸向上移（yí）動脫離刀具，這時刀庫轉動。當要換的刀具（jù）對正主（zhǔ）軸正下方時主（zhǔ）軸下移，使刀具（jù）進入主軸錐孔內，夾緊刀（dāo）具後，刀庫退回原來的位置。

二、圓（yuán）盤式刀庫

圓盤式刀庫通（tōng）常（cháng）應（yīng）用在小型立式綜合加工機上。"圓盤刀庫"一般俗稱"盤式刀庫"，以便和"鬥笠式刀庫"、"鏈條式刀庫"相區分。圓盤式的刀庫容量不大，頂多二、三十把刀。需搭配自動換刀機構ATC(AutoToolsChange)進行刀具交換。

三、鏈條（tiáo）式刀庫

鏈（liàn）條式刀庫的特點（diǎn）是可儲放較多數量之刀具，一般都（dōu）在20把以上，有些可儲放120把（bǎ）以上（shàng）。它（tā）是藉由鏈條將要換的刀具傳到指定位置，由機械手將刀具裝到主軸上。換（huàn）刀動作均采用馬達加機加工中心使用的刀庫最常見的形式（shì）是圓盤式刀庫和機械手換刀刀庫。

一（yī）、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀（dāo）架（jià）換刀

回轉刀架是一種最簡（jiǎn）單的自動換（huàn）刀裝置，常用（yòng）於數控車床。可以設計（jì）成（chéng）四（sì）方刀架、六角刀架或圓（yuán）盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回（huí）轉刀架在結構上必須具有良好的強度（dù）和剛度，以承受粗加工時（shí）的切削抗力。由（yóu）於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工（gōng）過程中刀具位置不進行（háng）人工調整，因此（cǐ）更有必（bì）要選擇可靠的定位（wèi）方案和合理的定（dìng）位結構，以保證回轉刀架在每次轉位（wèi）之（zhī）後，具有盡可能高（gāo）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（jǐn）等。

2．更換主軸頭（tóu）換刀（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種比較簡（jiǎn）單的換刀（dāo）方式。這種主軸頭（tóu）實際上就是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩（liǎng）種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀（dāo）。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有各工（gōng）序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令（lìng）時，各主（zhǔ）軸頭依次（cì）地轉到加工位置，並（bìng）接通主運動，使相（xiàng）應的主軸（zhóu）帶動刀具旋轉。而（ér）其它處於不加工位（wèi）置（zhì）上的主軸都與主運（yùn）動脫開。

這種更換（huàn）主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀（dāo）以及（jí）刀（dāo）具搬運等（děng）一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但（dàn）是由於（yú）空間位置的限製，使主軸部件（jiàn）結構尺寸不能（néng）太大，因而影響了主軸係統的剛性。為（wéi）了保（bǎo）證主軸的剛性，必須限（xiàn）製主軸的數目，否則會使（shǐ）結構尺寸增大。因（yīn）此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少（shǎo）、精度要求不太高的機（jī）床，例如（rú）數控（kòng）鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自（zì）動換刀係統

由於回轉（zhuǎn）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（mǎn）足複雜零件的加工需要，因（yīn）此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀（dāo）庫的自動換（huàn）刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程（chéng）較為複雜。首先要把加工過程中使用（yòng）的全部刀具（jù）分別安裝在（zài）標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整（zhěng）後，按（àn）一定的方式放入刀庫。換（huàn）刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀（dāo）庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主（zhǔ）軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有（yǒu）較大（dà）的容（róng）量，既可安（ān）裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動（dòng）換刀（dāo）裝置的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以（yǐ）滿足精密加工要求。

另外，刀（dāo）庫內（nèi）刀具數量（liàng）較大，因而（ér）能夠進（jìn）行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性（xìng）和加工（gōng）效率。帶刀庫的自（zì）動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二（èr）、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫（kù）類型

刀庫的作用是儲備一定數量（liàng）的刀具，通（tōng）過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤（pán）式刀庫、鏈式刀庫等多種形（xíng）式，刀庫的形式和（hé）容量要（yào）根據（jù）機床的工藝範圍（wéi）來確定。圖7-16所示（shì）的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀（dāo）時主（zhǔ）軸箱上升到一定的位置（zhì），使主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵（miàn）的（de）那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開（kāi）刀柄，盤（pán）式刀庫向（xiàng）前運動（dòng），拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具（jù）旋轉至與主軸（zhóu）對準的位置，刀庫後退將新（xīn）刀具插入主（zhǔ）軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作（zuò）位置，完成換刀任（rèn）務，進行下道工序的（de）加工。此換刀（dāo）裝置的優點是結構簡（jiǎn）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（jiā）工中心。

對於刀庫容量需要較（jiào）大的（de）加工（gōng）中心可（kě）采用鏈式刀（dāo）庫，鏈式刀庫的結構緊湊（còu），刀（dāo）庫容量較大，鏈環的形狀可根據（jù）機床的（de）布局製成各種形（xíng）狀，也可（kě）將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具（jù）數量時，隻需增加（jiā）鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方（fāng）便。

2.刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，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（xuǎn）刀兩種，順序（xù）選刀是在加工之前，將加工零件所（suǒ）需刀具（jù）按照工藝要求依次插入刀庫（kù）的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時（shí）必須重新調（diào）整刀庫中的刀具順序。其優（yōu）點是刀庫的驅動（dòng）和控製都比較簡單（dān）。因此，這（zhè）種方式適合加工批量較大（dà）、工（gōng）件品種數量較少的中、小（xiǎo）型數控機床的自動（dòng）換刀。

隨著數控係統（tǒng）的發（fā）展，目前（qián）大多數的數控係（xì）統都采用任意選刀的方式，其分為刀套（tào）編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3.刀具編碼（mǎ）方式

刀具（jù）編碼（mǎ）或刀（dāo）套編碼需要在刀具或（huò）刀套上安裝用於識（shí）別的編碼條，一般都是根（gēn）據二進（jìn）製（zhì）編碼的原理進行編碼（mǎ）。刀具編碼（mǎ）選刀方式采用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（yǒu）自己的代碼，因而刀具可在不同的工（gōng）序中多（duō）次重複使用，換下的刀具不用放回（huí）原刀座，刀庫的容量也可相（xiàng）應（yīng）減少。但每把刀具（jù）上（shàng）都帶有專用的編碼（mǎ）環，刀具長度（dù）加長，製造困難，刀（dāo）庫和機械手（shǒu）的（de）結構（gòu）變複雜。刀套（tào）編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀（dāo）套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大（dà）量使用記憶式（shì）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（jì）憶在數控（kòng）係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信（xìn）息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可（kě）獲（huò）得每個（gè）刀套的位置信（xìn）息。這樣（yàng）刀具就可（kě）以任意取出（chū）並送回。刀庫上還設有機械（xiè）原點，使（shǐ）每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床（chuáng）的自動換刀裝置（zhì）中，實現（xiàn）刀（dāo）庫與機床主軸之（zhī）間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀（dāo）具交換裝置。刀具的交換方（fāng）式有兩種：由（yóu）刀庫與機床主軸的（de）相（xiàng）對運動實現刀具交換（huàn）以（yǐ）及采用（yòng）機械（xiè）手交換刀具。利（lì）用刀庫與機床主軸（zhóu）的相對（duì）運動實現刀（dāo）具交換的裝置在換刀時必須首（shǒu）先將用過的刀具送回刀庫，然後再從（cóng）刀庫中取出新刀具，兩（liǎng）個動作不能同（tóng）時進（jìn）行，換刀時間較長。而采用（yòng）機械手換刀裝置在換刀時（shí）能夠（gòu）同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫（kù）中的（de）刀具，因此換刀時間進一步縮（suō）短。采用機械手進行刀具（jù）交換的方式應用最廣泛。這是因為（wéi）機械手換刀靈活，動作快，而（ér）且（qiě）結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀（dāo）—回轉—插刀—返回等一係（xì）列動作。為了防止刀（dāo）具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。

下麵（miàn）是世界上最現代化的數控機（jī）床換刀，換刀無影手！

16位自動換刀刀庫

1、刀（dāo）具交換方式

數控機床（chuáng）的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主（zhǔ）軸之間傳遞和裝（zhuāng）卸（xiè）刀具的裝置稱為刀具交（jiāo）換（huàn）裝（zhuāng）置。刀具的交換方（fāng）式和它們的具體結構對機床的（de）生產率和工作可（kě）靠性有著直接的影響。

刀具的交換方式（shì）很多，一般可分為以下兩大類。

（一）無機械手換刀

無機（jī）械手換刀，是由刀庫和（hé）機（jī）床主軸的（de）相對運動實（shí）現的刀具交換。換刀時，必須首先將用過的刀具送回刀庫（kù），然後再（zài）從刀庫中取出新刀具，這兩（liǎng）個動（dòng）作不可能同時進行，因此，換刀時間長。所示的數控立式（shì）鏜銑床就（jiù）是采用這種換刀方式的實例。它的選刀和換刀由三個坐標（biāo）軸的數控定位係統來完成，因此每（měi）交（jiāo）換一次刀具，工作台和主軸（zhóu）箱就（jiù）必須沿著三個坐標軸作兩次來回運動，因而增加（jiā）了換刀（dāo）時間。另外，由於刀庫置於工作台上，減少了工作（zuò）台的有效使用麵積。

（二（èr））機械手換刀

由於刀庫及刀具（jù）交（jiāo）換（huàn）方式（shì）的（de）不同，換刀機械手也有多種形（xíng）式（shì）。因為（wéi）機械（xiè）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（huàn）刀數控（kòng）機床中，機械手的形式也是多種多（duō）樣，常見的有以下幾種形式。

1．單臂單爪回轉式機械手

這種機械手的手（shǒu）臂（bì）可以回轉不同的角度來進行自動換刀，其手臂上隻有一個卡爪，不論在刀庫上或是在主軸上，均靠這個卡爪來裝刀及卸刀，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

這種機械手的手（shǒu）臂上（shàng）有兩個卡（kǎ）爪，兩個卡爪有所分工。一個卡爪隻執行從主軸（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（qǔ）出“新刀（dāo）”送到主軸的任務（wù）。其換（huàn）刀時間較上述單爪回轉式機械手要少

3．雙臂回轉式機械手

這種機械手（shǒu）的兩臂（bì）上各有一（yī）個卡爪，兩個卡爪可同（tóng）時抓取刀庫及主軸上的（de）刀具，回（huí）轉180°後又同時將刀具放回刀庫及裝入主軸。這種機械手換刀時間較以上兩（liǎng）種單臂機械手均短，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（sòng）入刀庫及主軸上，兩臂可伸縮（suō）。

4．雙機械手

這種機械（xiè）手（shǒu）相當於兩個單（dān）臂單爪（zhǎo）機械手，它（tā）們互相配合進行自動換刀。其中一個機械手從（cóng）主軸上（shàng）取下（xià）“舊刀”送回刀庫，另一個由刀庫中取出（chū）“新刀”裝入機床主（zhǔ）軸，

5．雙（shuāng）臂往複交叉式機械手

這種（zhǒng）機（jī）械手的兩手臂可以往複運動（dòng），並交叉（chā）成一定的角度。一個手臂從主軸上取下“舊刀”送回刀庫，另（lìng）一個手臂由刀庫中取出“新刀”裝入主軸。整個機械手可沿某（mǒu）導軌直線移動或繞某個轉軸回轉，以實現由刀（dāo）庫（kù）與主軸間的運刀工（gōng）作，

6．雙臂端麵夾緊式機（jī）械手

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

3、機械手（shǒu）夾持結構

在換（huàn）刀過程中（zhōng），由於機械手抓住（zhù）刀（dāo）柄要作快速回轉，要作拔、插刀具的動作，還要保證刀柄鍵槽的角度位置對準主軸上的驅動鍵。因此，機（jī）械手的夾持部分要十分可靠，並保（bǎo）證有適當的夾緊力（lì），其活動爪要有（yǒu）鎖緊裝置，以防止刀具在換刀（dāo）過程中轉動脫（tuō）落（luò）。機械手夾持刀具的方法有以下兩種。

（一）柄（bǐng）式夾持

柄式夾持（chí），也稱軸向夾持（chí）或V形槽夾持。其刀柄前端有V形槽，供機械手夾持用，目前我國（guó）數控機床較多采用這種夾持方式。機（jī）械手手掌結構示意圖，它由固定爪及活動爪組成，活動（dòng）爪（zhǎo）可繞軸回轉（zhuǎn），其一端在彈（dàn）簧柱塞的作（zuò）用下，支靠在（zài）擋銷上，調（diào）整螺釘以保持手掌適當的夾緊力，鎖緊銷（xiāo）使活動爪牢固地夾持（chí）刀柄，防止刀具在交換過（guò）程中鬆脫。鎖緊銷還可軸向移動，使活動爪（zhǎo）放鬆，以便杈刀從刀柄V形槽中退出。

4、自動換刀動（dòng）作順序

由於自動換刀裝（zhuāng）置的布局結構多種多樣，其（qí）換刀過程動作順序會不盡相（xiàng）同。下麵分別以常見的雙臂往複交（jiāo）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（shǒu）的換刀過程

（1）開始換刀前狀態。主軸正（zhèng）用T05號刀具進行加工，裝刀機械手已抓住下一工步需用的T09號刀具，機械手架處於（yú）最高（gāo）位置，為換刀做好了（le）準備；

（2）上一工步結束，機床立柱後退（tuì），主軸箱上升，使主軸處於換刀位置。接（jiē）著下一工步開始（shǐ），其第一個指令是（shì）換刀，機械手（shǒu）架回轉180o轉向主軸。

（3）卸刀機械手前伸，抓（zhuā）住主（zhǔ）軸上已用過的T05號刀具。

（4）機械手架由滑（huá）座帶動，沿刀具軸線前（qián）移，將T05號刀具從主軸上拔（bá）出。

（5）卸刀機械手（shǒu）縮回原位（wèi）。

（6）裝刀機械手前伸，使（shǐ）T09號刀具對準主軸。

（7）機械手架後移，將T09號刀具插入主軸。

（8）裝刀機械手縮回原位。

（9）機械（xiè）手架回轉180o，使裝刀、卸刀機（jī）械手轉向刀庫。

（10）機械手架由橫梁帶動下降，找第二排刀套鏈，卸刀機械手將（jiāng）T05號刀具插回P05號（hào）刀套中。

（11）刀套鏈轉動把在下（xià）一個工步需（xū）用的T46號刀具送到換（huàn）刀（dāo）位置,機械手一降,找第三排刀鏈,由（yóu）裝刀機械手將T46號刀具取出。

（12）刀套鏈反（fǎn）轉，把P09號刀套送到換刀位置，同時機械手（shǒu）架上升至最高（gāo）位置，為再下一（yī）工步的換刀做好準備。

（二）鉤刀機械手的換刀過程

作為最常用的一種換（huàn）刀形式，換刀一次所需的基本動作（zuò）如下。

（1）抓（zhuā）刀。手臂（bì）旋轉90o，同（tóng）時抓住刀庫和主軸上的刀具。

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

（3）換刀。手臂旋轉180o，新舊刀具更換。

（4）插刀（dāo）。機械手同時（shí）將新舊刀具分別插入主軸和（hé）刀（dāo）庫（kù），然後主軸夾（jiá）頭夾緊刀具；

（5）複位（wèi）。轉動手（shǒu）臂，回到原始位置。