​​數控機床的自動換刀裝置，你認識（shí）幾種？

數控機床為了能（néng）在工（gōng）件一次裝夾中（zhōng）完成多道加（jiā）工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置（zhì）。自動換刀裝置應（yīng）當滿足（zú）換刀時間短、刀具重複定位精（jīng）度高、刀具儲（chǔ）存量足（zú）夠、刀（dāo）庫占地麵積小以及（jí）安全可靠等基本要（yào）求。

一、自動（dòng）換刀裝置的（de）形式

1．回轉（zhuǎn）刀架換刀（dāo）

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝（zhuāng）置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架（jià）、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形（xíng）式。回轉刀架上（shàng）分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指（zhǐ）令（lìng）換刀。

回轉（zhuǎn）刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承（chéng）受粗加工時的切削抗力。由於車削加（jiā）工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說（shuō），加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結（jié）構，以保證回轉刀架在每次（cì）轉位之後，具有盡可能（néng）高（gāo）的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情（qíng）況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬（tái）起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸（zhóu）頭換刀（刀具（jù）旋轉為主運動（dòng））

更（gèng）換主軸換刀是（shì）帶有旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭（tóu）實際上（shàng）就

是（shì）一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立（lì）式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸（zhóu）頭，以實現自動換刀。在轉塔的各（gè）個主軸上，預先安裝有各工序所需（xū）要的旋轉刀（dāo）具，當發出換刀指令時，各主軸頭（tóu）依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀（dāo）具旋轉。而（ér）其它處於不（bú）加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高（gāo）了換刀（dāo）的可靠性（xìng）。但是（shì）由於空間位置（zhì）的限（xiàn）製，使（shǐ）主（zhǔ）軸部（bù）件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係（xì）統的剛性（xìng）。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（cùn）增大。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、銑床（chuáng）等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀（dāo）裝置容納的刀具（jù）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置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫（kù）和換刀機（jī）構組成，換（huàn）刀過程較為複（fù）雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安（ān）裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在（zài）刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主（zhǔ）軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回（huí）刀（dāo）庫。刀（dāo）庫具有較大的容（róng）量，既可（kě）安裝在主軸箱的側麵或上方。由於（yú）帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置的數控機床的主軸箱內隻（zhī）有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀（dāo）庫內（nèi）刀具數量較大，因而能（néng）夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機（jī）床的適應性（xìng）和加工效率。帶刀庫（kù）的自動換刀係統適用於數（shù）控鑽削中心和加工中心（xīn）。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型（xíng）

刀庫的作用是儲備一定數量的刀（dāo）具，通過機（jī）械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀（dāo）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（pán）式刀庫，刀具的方向與主軸（zhóu）同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的（de）刀具正（zhèng）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（zhì）下，鬆開刀柄，盤式（shì）刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所（suǒ）用的刀具旋轉至與主軸（zhóu）對準的（de）位置，刀（dāo）庫後退將新刀具（jù）插入主軸孔中（zhōng），主軸夾緊刀柄（bǐng），主軸箱（xiāng）下（xià）降到工作位置，完成換刀（dāo）任務，進行下道工序的（de）加工。此換刀裝置的（de）優點是結（jié）構（gòu）簡單（dān），成本較低（dī），換刀可靠性較好；缺（quē）點是換刀時間長，適（shì）用（yòng）於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀（dāo）庫的結構緊（jǐn）湊，刀庫容（róng）量較（jiào）大，鏈環的形（xíng）狀可根（gēn）據機床的布局製成各種形狀，也可將（jiāng）換刀位（wèi）突出以便於換刀。當需要增加刀具（jù）數量時（shí），隻需增加鏈條的（de）長度即可，給刀庫（kù）設計與製造帶來了方便。

2.刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把（bǎ）刀具，每（měi）次換刀（dāo）前要進行（háng）選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意（yì）選刀兩種，順序選刀是在加工之前（qián），將加工零（líng）件所需刀（dāo）具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，加工不同的工件時必（bì）須（xū）重（chóng）新調整刀庫中的刀具順序。其優點是（shì）刀庫的驅動（dòng）和控製都比較簡單。因此，這種方（fāng）式適合加工批量較大、工件品種（zhǒng）數量較少的中、小（xiǎo）型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統（tǒng）的發展，目前大多（duō）數的（de）數控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記（jì）憶式等三種。

3.刀具編（biān）碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上（shàng）安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製（zhì）編碼（mǎ）的原理進行編碼。刀具編碼選刀（dāo）方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具（jù）編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具（jù）可在不同的工序中多次重複使用，換下的（de）刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應（yīng）一個刀套，從一個（gè）刀套中取出的刀（dāo）具必須放回同一刀套（tào）中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長（zhǎng）。目前在加工中心上大量使用（yòng）記憶式的（de）方（fāng）式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀（dāo）套位置對（duì）應（yīng）地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都（dōu）始終記存在PLC內（nèi）。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得（dé）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）次選刀時（shí）就近選取。

三、刀具交換（huàn）裝置

數控機（jī）床的自動換刀裝置中，實現刀（dāo）庫與機床主軸之間傳（chuán）遞和裝（zhuāng）卸（xiè）刀具的裝（zhuāng）置稱為刀具交換裝（zhuāng）置。刀具的交換方（fāng）式有兩種：由刀庫與機床主軸（zhóu）的相對運動實現刀具交換以及采用（yòng）機械手交換刀具。利（lì）用刀庫與機床主（zhǔ）軸的相對運動（dòng）實現刀（dāo）具交換的裝置（zhì）在換刀時必（bì）須首先將（jiāng）用過的（de）刀（dāo）具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機（jī）械手換刀裝置在換刀時能夠（gòu）同時抓取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（jiāo）換的方式應用最廣泛（fàn）。這是因為機（jī）械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機（jī）械（xiè）手（shǒu）能夠完成抓（zhuā）刀—拔刀—回轉（zhuǎn）—插刀—返回等（děng）一係列動作。為了防（fáng）止刀具掉（diào）落，機械手的活（huó）動爪都帶有自鎖機構。