控機床的自動換刀裝置，你（nǐ）認識幾種？

數控機床為了能（néng）在（zài）工件一（yī）次裝（zhuāng）夾中完成（chéng）多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安（ān）裝工件所引起的（de）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間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量（liàng）足夠、刀庫占地麵積小以及安全可（kě）靠等基本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架（jià）是一種最（zuì）簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以設計（jì）成四方刀架、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（bié）安（ān）裝（zhuāng）著四把、六把或更多（duō）的刀具，並按數控裝置（zhì）的指令（lìng）換刀。

回轉刀架在結（jié）構上必須（xū）具有良好的強度（dù）和剛度，以承受粗（cū）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尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不（bú）進行人工調整，因此更有必要（yào）選擇可靠的定位（wèi）方案和（hé）合理的（de）定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況（kuàng）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等。

2．更換主軸頭換（huàn）刀（刀具旋轉為主運（yùn）動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀（dāo）具的數控機床的一種比較簡單的（de）換刀方式。這種主軸頭實際上就（jiù）

是一個轉（zhuǎn）塔刀庫。

主軸頭有（yǒu）臥式和立式兩種，通常用（yòng）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，預先安裝有各（gè）工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各（gè）主（zhǔ）軸頭依次地轉到加工位（wèi）置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與（yǔ）主運（yùn）動脫（tuō）開。

這種更換（huàn）主軸換刀（dāo）裝（zhuāng）置，省去了自（zì）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（suō）短（duǎn）了換刀（dāo）時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位（wèi）置（zhì）的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了（le）主軸（zhóu）係（xì）統的剛性。為了保證主軸（zhóu）的剛性（xìng），必須（xū）限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫（kù）的自動換刀係統

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（tài）多，不能滿（mǎn）足複雜零件的加工需要，因此，自（zì）動（dòng）換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶（dài）刀庫（kù）的自動換刀裝置由刀庫和換（huàn）刀機構組成，換刀（dāo）過程較為複雜（zá）。首先（xiān）要把加（jiā）工過程中使用的全部刀具（jù）分別安裝在標準刀柄上，在（zài）機外進行（háng）尺寸預調整後，按（àn）一（yī）定的方式放（fàng）入刀庫。換刀（dāo）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（jù），進行交（jiāo）換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大（dà）的容量，既（jì）可安裝在主軸箱的側麵（miàn）或上方。由（yóu）於（yú）帶刀庫的（de）自動換刀（dāo）裝置的數控（kòng）機床的（de）主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機（jī）床（chuáng）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（zuàn）削中心和加工中心。

二、刀庫和（hé）刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一（yī）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（kù）的類型有盤式刀庫、鏈（liàn）式刀庫（kù）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所示的盤式刀庫，刀具的（de）方向（xiàng）與（yǔ）主軸（zhóu）同（tóng）向，換刀時主軸箱上升到（dào）一定的位置，使（shǐ）主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那（nà）個位置，刀具被夾（jiá）住，主軸在CNC的控製下，鬆（sōng）開刀柄，盤式刀庫向前（qián）運動，拔出主軸上的刀具，然後刀（dāo）庫將下一個工序所用（yòng）的刀具旋轉至（zhì）與主軸（zhóu）對準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀（dāo）柄，主（zhǔ）軸箱下降到工作位置，完成換（huàn）刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成（chéng）本較低，換刀可靠（kào）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。

對於刀庫容量需要較大的（de）加工（gōng）中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀（dāo）庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機（jī）床的布局製成各種形（xíng）狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的（de）長度即可，給刀庫設計與製（zhì）造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有（yǒu）多把刀具，每次換刀前要進行（háng）選刀，常用的選刀方法有順序選（xuǎn）刀和任意 選刀（dāo）兩種，順序選（xuǎn）刀是在加工之前，將加工（gōng）零件所需刀具按照工藝要求依次插（chā）入刀庫的（de）刀套中，加工是按（àn）順序調刀，加工不同（tóng）的工件時必須重新調整刀（dāo）庫中的刀具（jù）順序。其優點是刀（dāo）庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較（jiào）少（shǎo）的中、小型數控機（jī）床的自動換刀。

隨著數控係統的發展（zhǎn），目前大（dà）多（duō）數的數控係統（tǒng）都（dōu）采用任意選刀（dāo）的方式，其分為（wéi）刀套編（biān）碼、刀具編碼和記憶式（shì）等三種。

3. 刀具編碼方（fāng）式

刀具編（biān）碼（mǎ）或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識別的編（biān）碼條，一般都是根據二（èr）進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀（dāo）方（fāng）式采用了一種特殊的刀（dāo）柄結構（gòu），並對每把刀（dāo）具編碼。每把刀具都具有自己（jǐ）的代碼，因而刀具可在不（bú）同的（de）工序中（zhōng）多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀（dāo）座（zuò），刀庫（kù）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（zhǎng）度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複（fù）雜。刀套編碼的方式是一把刀具（jù）隻對應一個刀套，從一個刀（dāo）套中取出的刀（dāo）具必須放回同（tóng）一刀套中（zhōng），取送刀具十分（fèn）麻煩（fán），換刀時間長。目前在加工中（zhōng）心上大量使用記憶式的方式。這種方（fāng）式能將刀（dāo）具號（hào）和（hé）刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫（kù）上裝有位置檢測裝置，可獲得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（yǒu）機械原點，使每次選（xuǎn）刀（dāo）時就近選取。

三、刀具交換（huàn）裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間（jiān）傳遞和裝卸刀具（jù）的裝置稱為刀具交換（huàn）裝置。刀具的（de）交換方式有兩種：由刀庫與機床主（zhǔ）軸的相對運動實現（xiàn）刀具交換以及采用機械手交換刀（dāo）具。利用刀庫與（yǔ）機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（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（jù），因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀（dāo）具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡（jiǎn）單。機械手能（néng）夠完成抓刀—拔刀（dāo）—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉（diào）落，機械手的（de）活動爪都帶有自鎖機構。