數控機床的自（zì）動換刀裝置，你認識幾種？

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

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架（jià）換刀

回轉刀（dāo）架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以設（shè）計成四方刀架、六角刀架（jià）或圓盤式軸向裝刀刀架等（děng）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（àn）數控裝（zhuāng）置的指令換刀。

回轉（zhuǎn）刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精（jīng）度在很大程度上取決於刀（dāo）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，因此更有必要選擇可靠（kào）的（de）定（dìng）位方案和合理的定位結構（gòu），以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡（jìn）可（kě）能高的重複定位精度（一般為（wéi）0.001～0.005mm）。

一般情（qíng）況下，回轉刀架的換刀（dāo）動作包（bāo）括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主（zhǔ）軸頭換刀（刀具旋轉為（wéi）主運動）

更換主軸換刀是帶有（yǒu）旋轉刀具的數控機床的一種（zhǒng）比較簡單的換刀方式。這種（zhǒng）主軸頭實（shí）際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有（yǒu）臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉（zhuǎn）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（ān）裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時（shí），各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶（dài）動（dòng）刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都（dōu）與主運動（dòng）脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆（sōng）、夾（jiá）、卸刀、裝刀以（yǐ）及（jí）刀具搬運（yùn）等一係（xì）列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠（kào）性。但是由於空間位置的限製（zhì），使主軸部件結構尺寸（cùn）不能（néng）太大，因而影響了主軸（zhóu）係統的剛性。為了保證主軸的（de）剛（gāng）性，必須（xū）限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通（tōng）常隻適用於工序較少、精度要求不太高的機床，例如數（shù）控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動（dòng）換刀係統

由（yóu）於回轉刀（dāo）架、轉塔頭式換刀裝（zhuāng）置容納（nà）的刀具數量不（bú）能太（tài）多，不（bú）能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換（huàn）刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置由刀庫和（hé）換（huàn）刀機（jī）構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程（chéng）中使用的全部刀具分別安裝在標準刀（dāo）柄上，在機外進行尺（chǐ）寸預調整後，按一定的方式（shì）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，將新刀裝入主軸，舊刀放回（huí）刀庫。刀庫具有（yǒu）較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵（miàn）或上方。由於（yú）帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置的數控機床（chuáng）的（de）主軸箱內隻（zhī）有一根（gēn）主（zhǔ）軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

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

二、刀庫和刀具（jù）的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作（zuò）用是儲備一定數量的刀具，通過機械（xiè）手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式（shì）刀庫等（děng）多種（zhǒng）形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍（wéi）來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的（de）刀具正好對準刀庫最下麵（miàn）的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆（sōng）開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀（dāo）庫將下一個工序所用的刀具旋轉至（zhì）與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具（jù）插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置（zhì），完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構（gòu）簡單，成本較低，換刀可靠性較（jiào）好；缺點是換（huàn）刀時間長，適用於刀庫容量較小（xiǎo）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（shì）刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根（gēn）據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突（tū）出以便於換刀。當需要增加刀（dāo）具數量時，隻需增加（jiā）鏈條的（de）長度即可，給刀庫設（shè）計（jì）與製造帶來了方（fāng）便。

2. 刀具的選擇（zé）方式

一（yī）般（bān）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 選刀兩種，順序選刀是在（zài）加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入（rù）刀庫的（de）刀套中，加工是按順序調刀，加工不（bú）同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具（jù）順序（xù）。其優點（diǎn）是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這（zhè）種（zhǒng）方式（shì）適合加工批量（liàng）較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係統（tǒng）都采用任意選刀的方式，其分為刀套（tào）編（biān）碼、刀具編碼和記（jì）憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編（biān）碼需要在（zài）刀具或刀（dāo）套上（shàng）安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原（yuán）理進行編碼（mǎ）。刀具編碼選刀方式采（cǎi）用了一種特殊的刀（dāo）柄結（jié）構，並（bìng）對每把刀具編碼。每把刀具都（dōu）具有自己（jǐ）的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次（cì）重複（fù）使用，換下（xià）的刀（dāo）具不用放回原刀座，刀庫的容量也（yě）可（kě）相應減少。但每把刀具上都帶（dài）有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀（dāo）庫和機械手的（de）結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套（tào），從（cóng）一個刀套中取出的（de）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（xīn）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（dāo）套位置對（duì）應地記憶在數控係統的PLC中（zhōng），無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套（tào）的位置信（xìn）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，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換（huàn）裝置（zhì）

數控機床的自動換刀（dāo）裝置（zhì）中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為（wéi）刀具交換裝置。刀具的交換方式有（yǒu）兩種：由刀庫與機（jī）床主軸的相對運動實現刀具（jù）交換以及采（cǎi）用機械手（shǒu）交換刀具。利用刀庫與機（jī）床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀（dāo）具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長（zhǎng）。而采用機械手換刀裝（zhuāng）置在換刀時能夠同時（shí）抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換（huàn）刀時間進（jìn）一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這（zhè）是因為機械手換刀靈活（huó），動作快，而（ér）且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插（chā）刀—返回等一係列動（dòng）作。為了防止刀具掉落，機械手的（de）活動爪都帶有自鎖機構。