​數控機（jī）床的自動換（huàn）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（shí）間（jiān），減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換刀時（shí）間短、刀（dāo）具（jù）重（chóng）複定（dìng）位精度高、刀具儲存（cún）量足夠（gòu）、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求（qiú）。

 

一、自動換刀裝置的形式（shì）

1．回轉刀架換刀（dāo）

回轉刀架（jià）是一種最簡單的自動換刀裝置，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，並按數控裝置的指令換（huàn）刀。

回轉刀架在結構上必須具有良（liáng）好的強度和剛度，以承受粗（cū）加工時（shí）的切削抗力。由於車削加工精度在很大程（chéng）度上取決於刀尖位置，對（duì）於數控車（chē）床來說，加（jiā）工過程中刀具位置不進行人工調整，因（yīn）此更有必要選擇可靠的定位（wèi）方案和合理的定位結構，以（yǐ）保證回轉刀架在（zài）每次轉位之後，具有（yǒu）盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

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

2．更換（huàn）主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更（gèng）換主軸換刀是帶有（yǒu）旋轉刀具的數控機床的一種比（bǐ）較簡單的換刀（dāo）方式。這種主（zhǔ）軸頭實際上就

是一個轉塔刀（dāo）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。在轉塔的各個主軸上，預（yù）先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指（zhǐ）令（lìng）時，各主軸頭依次（cì）地轉到加工位置，並接通主運動，使相應（yīng）的主軸帶動刀具旋（xuán）轉。而其它（tā）處於不加工位置上（shàng）的主（zhǔ）軸（zhóu）都與主運動脫開。

這種（zhǒng）更換主軸換刀裝置，省去（qù）了自動鬆、夾（jiá）、卸刀、裝（zhuāng）刀以及刀具（jù）搬運等一係列的複雜操作（zuò），從而縮短了（le）換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由（yóu）於空間（jiān）位置的限製，使主（zhǔ）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（shù）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（lì）如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的（de）自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置（zhì）容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動（dòng）換刀數控機床多采（cǎi）用帶刀庫的（de）自動換刀（dāo）裝置。帶刀庫的自動（dòng）換刀（dāo）裝置（zhì）由刀庫和（hé）換刀機構組成，換刀過（guò）程較為複雜。首（shǒu）先（xiān）要把加工過程中（zhōng）使用（yòng）的全部刀具分別安裝在標準刀柄上（shàng），在機外進行尺寸預調整後（hòu），按一定的方式（shì）放入（rù）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（zhuāng）入主軸（zhóu），舊刀放回刀（dāo）庫。刀庫具（jù）有較大的容（róng）量，既可安裝在主軸箱的（de）側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置（zhì）的數控機床的（de）主軸箱（xiāng）內隻有一根主軸，主軸（zhóu）部件（jiàn）的剛（gāng）度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀（dāo）庫（kù）內（nèi）刀具數（shù）量較大，因而能夠進（jìn）行複（fù）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。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和（hé）加工中心。

 

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫（kù）的作用是儲備一定數量的刀具（jù），通（tōng）過機械手實現與主軸上刀具（jù）的互（hù）換。刀庫的（de）類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種（zhǒng）形式，刀庫的形式和容量要（yào）根據機床（chuáng）的工藝範圍來確（què）定。圖7-16所示的盤（pán）式刀庫，刀具（jù）的方向與主軸（zhóu）同向，換刀時主軸箱上升到一定（dìng）的位置，使主軸上的刀具正好（hǎo）對準刀庫最下麵的那（nà）個位置，刀具被夾住，主（zhǔ）軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式（shì）刀庫（kù）向前運（yùn）動，拔出主軸上的刀具，然後（hòu）刀庫將下（xià）一個工序所用的刀具（jù）旋轉至與主（zhǔ）軸對準的（de）位置，刀庫後退將新刀（dāo）具（jù）插入（rù）主軸孔中（zhōng），主軸（zhóu）夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀（dāo）任務（wù），進行下道工序的加工。此換刀裝置的優（yōu）點是（shì）結構簡單（dān），成本較低，換（huàn）刀可靠（kào）性較（jiào）好；缺點是換刀時間長，適用於刀（dāo）庫容量較小的加工（gōng）中心。

對於刀庫容量需要較大（dà）的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結（jié）構緊（jǐn）湊（còu），刀（dāo）庫容量較大，鏈環的形狀可根據（jù）機床的布局製成各（gè）種形狀，也（yě）可將換刀位突出以便於換刀。當需要增（zēng）加刀具數（shù）量時，隻（zhī）需增（zēng）加鏈（liàn）條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一（yī）般的刀（dāo）庫內存放有多把刀具，每（měi）次換刀前要進行選刀，常用的選（xuǎn）刀方法有（yǒu）順序選刀和任意 選（xuǎn）刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加（jiā）工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工（gōng）是按（àn）順（shùn）序調刀，加工不同（tóng）的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅（qū）動和控製都比（bǐ）較簡單。因此，這種方式適合加工批量較（jiào）大（dà）、工件品種數量較（jiào）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（dà）多數的數控係統都采用任意選刀（dāo）的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀（dāo）具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原理進行（háng）編碼。刀具編碼選刀方式采（cǎi）用了一（yī）種特（tè）殊的刀（dāo）柄結構，並對每把刀具編碼。每（měi）把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使（shǐ）用，換下的（de）刀具不用放（fàng）回原刀座，刀庫的容量也可相應減（jiǎn）少。但每把刀具上都（dōu）帶有專（zhuān）用的編碼環（huán），刀具長度加（jiā）長，製造困難，刀庫和機械手的結（jié）構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀（dāo）具隻對應一個刀套，從一個（gè）刀套中取出（chū）的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分（fèn）麻煩，換刀時間長。目前在加（jiā）工中心上大量使用記憶式的方式。這種（zhǒng）方式能（néng）將刀具號和刀庫中的刀（dāo）套位置對應地記憶在數控（kòng）係統的PLC中，無論刀（dāo）具（jù）放在哪個刀套內，刀具信（xìn）息都始終（zhōng）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（wèi）置信息。這樣刀具就可以任意取出（chū）並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀（dāo）時就近選取。

 

三、刀具交換裝（zhuāng）置

數控（kòng）機（jī）床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機（jī）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（jī）床主（zhǔ）軸的相（xiàng）對運動實現（xiàn）刀具（jù）交換以及采用機械手（shǒu）交換刀具。利用刀庫與機床主（zhǔ）軸的相（xiàng）對運動實現刀具交換的（de）裝置在換刀時必須首先將用過的（de）刀具送回刀庫，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。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此（cǐ）換刀時間進一步（bù）縮短。采用機械（xiè）手（shǒu）進行（háng）刀具（jù）交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快（kuài），而且結構簡單。機械手能夠完（wán）成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手（shǒu）的活動爪都帶有自鎖機構。