​數控機（jī）床的自動（dòng）換刀裝置，你認識幾種？

　　

數（shù）控機床為了能在工件（jiàn）一（yī）次裝夾中完成多（duō）道加工工序，縮短輔助時間，減（jiǎn）少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足（zú）換刀時間短、刀具重複定位精（jīng）度高（gāo）、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠（kào）等基本要求。

 

一、自動換刀（dāo）裝置的形式

1．回轉刀（dāo）架換刀

回轉刀架是（shì）一（yī）種最簡（jiǎn）單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀（dāo）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（zhǐ）令換刀。

回轉刀架在結構上必須（xū）具有良好的強（qiáng）度和剛度，以承受粗加工時的切削抗（kàng）力。由於車削加工精度在很（hěn）大程度上取決於刀（dāo）尖位置，對於數控（kòng）車床來說，加工過程中刀具（jù）位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的（de）定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉（zhuǎn）位之後，具有盡可（kě）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（jí）刀架壓（yā）緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋（xuán）轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的（de）一種比較簡單的換（huàn）刀方（fāng）式。這種主軸頭實際上就

是一個（gè）轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有（yǒu）各工序所需要的旋轉刀具（jù），當發（fā）出換刀指令時，各主（zhǔ）軸頭依（yī）次地轉到加工（gōng）位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具（jù）旋轉。而其它處於不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（xì）列的（de）複雜（zá）操作，從而縮短了換刀（dāo）時（shí）間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部（bù）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（shǐ）結構尺寸增大。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，例如數控（kòng）鑽、銑床等。

3.帶刀（dāo）庫（kù）的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的（de）刀具數量（liàng）不能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此（cǐ），自（zì）動換刀數控機床多采用（yòng）帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置（zhì）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（zhōng）使（shǐ）用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進（jìn）行尺寸預調整後，按一定的（de）方式放入刀庫（kù）。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或（huò）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（zhuāng）在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置的數控機（jī）床的（de）主軸箱（xiāng）內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密（mì）加工要（yào）求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜（zá）零件的多工序加工，大（dà）大提高了機床的適應性和加（jiā）工效率（lǜ）。帶刀庫的自（zì）動換刀（dāo）係統適用於數控鑽（zuàn）削中心和加工中（zhōng）心。

 

二、刀庫和刀具（jù）的（de）選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一（yī）定數（shù）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（pán）式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫（kù）的形式和容量要根據機床的工藝（yì）範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸（zhóu）同向，換刀時主軸箱（xiāng）上升到一（yī）定的位置（zhì），使主（zhǔ）軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置（zhì），刀具（jù）被夾住，主軸（zhóu）在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫（kù）向前運動，拔出（chū）主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸（zhóu）對準（zhǔn）的位置，刀庫後退（tuì）將新刀具插入主軸（zhóu）孔中，主軸夾緊刀柄（bǐng），主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加（jiā）工。此換刀（dāo）裝置的優點是結構（gòu）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（xīn）。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈（liàn）式刀庫（圖7-17），鏈式刀（dāo）庫的結構緊（jǐn）湊，刀庫容量較大，鏈環的形（xíng）狀（zhuàng）可根（gēn）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（xū）要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可（kě），給刀庫設（shè）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刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選（xuǎn）刀方法有順序選刀（dāo）和任意（yì） 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工（gōng）零（líng）件所需刀具按照（zhào）工藝要求依次插入（rù）刀庫的刀套中，加工是按順序調刀（dāo），加工不同的工（gōng）件時必須重新（xīn）調整刀庫中的（de）刀具順序。其優點（diǎn）是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種（zhǒng）方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的（de）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都采用任（rèn）意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三（sān）種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製（zhì）編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構（gòu），並對每把刀具編碼。每（měi）把刀具都具（jù）有自己（jǐ）的代碼，因而刀具可在不同的工序中（zhōng）多次重複使用，換下的刀具不（bú）用放（fàng）回原刀座，刀庫的（de）容量也（yě）可相應減少。但每（měi）把刀具（jù）上都帶有專用的編碼環，刀（dāo）具長度加長（zhǎng），製（zhì）造（zào）困難，刀庫（kù）和機械手（shǒu）的結構變複雜。刀（dāo）套（tào）編碼（mǎ）的方式是（shì）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，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工（gōng）中心上大量使用記憶式的（de）方式。這種方式能將刀具號和（hé）刀庫中的刀（dāo）套位置對應地記（jì）憶在數控係統的PLC中，無（wú）論刀具放在哪（nǎ）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（zhuāng）置，可獲得每個刀套的位置（zhì）信息。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、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實（shí）現刀庫與機（jī）床主軸之間傳（chuán）遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀（dāo）具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及采用機械（xiè）手交換刀具。利用刀庫與機（jī）床主軸（zhóu）的相對運動（dòng）實現刀具（jù）交（jiāo）換的裝置（zhì）在換刀時必須首先將用過的（de）刀具（jù）送回刀庫，然後再（zài）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。而采用機械手換刀裝置在換（huàn）刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換（huàn）刀（dāo）時間進一步縮短。采用機械手進行（háng）刀具交換的方式應用最廣泛（fàn）。這（zhè）是因為機械手換（huàn）刀靈活（huó），動作快（kuài），而且結構簡單。機械手能夠完（wán）成抓刀—拔刀—回（huí）轉—插刀—返回等（děng）一係列動作（zuò）。為了防止刀具掉（diào）落，機械手的活（huó）動爪都帶有自鎖機構。