數控機床的自動換刀裝置，你（nǐ）認識幾種？

數控機床為了能在工件一次裝（zhuāng）夾中（zhōng）完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差（chà），必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝（zhuāng）置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀（dāo）庫占地麵積（jī）小以及安全可靠等基本（běn）要求。

一、自（zì）動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

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、六角刀架（jià）或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回（huí）轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝（zhuāng）置的指令（lìng）換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良（liáng）好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗（kàng）力。由（yóu）於車削加工精度（dù）在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床（chuáng）來說，加工過程中刀具位置不進（jìn）行（háng）人工調整，因（yīn）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（zhèng）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）。

一般情況下，回（huí）轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀（dāo）架壓緊等。

2．更換（huàn）主（zhǔ）軸頭（tóu）換刀（刀具旋轉為（wéi）主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控（kòng）機床的一種比（bǐ）較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上（shàng）就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式（shì）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。在（zài）轉塔的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具（jù），當發出換刀指令時（shí），各主軸頭依次地轉到加工位置，並接（jiē）通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它（tā）處於不加（jiā）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（zhuāng）刀以及刀具搬運等（děng）一（yī）係列的複雜操作，從而縮短了（le）換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限（xiàn）製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為（wéi）了保證主軸的剛性，必（bì）須限（xiàn）製（zhì）主軸的數目，否則（zé）會使結構尺（chǐ）寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度（dù）要求不太高的機床（chuáng），例如數（shù）控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝（zhuāng）置容納的刀具數量（liàng）不（bú）能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此（cǐ），自動（dòng）換刀數控機床（chuáng）多采用（yòng）帶刀庫的自動換刀裝置。帶（dài）刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置由刀庫和換刀機構組（zǔ）成，換刀過程較為複雜。首先要把加（jiā）工過程中使用的全部刀具分別安裝（zhuāng）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，先在刀庫中選刀，再由換（huàn）刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進（jìn）行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較（jiào）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）刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部（bù）件的剛度要高，以滿足（zú）精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數（shù）量較（jiào）大，因而能夠進行複雜零件的多（duō）工序加工，大（dà）大（dà）提（tí）高了機床的（de）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（chǔ）備一定數量的（de）刀具，通過（guò）機械手實現與主（zhǔ）軸上刀（dāo）具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範（fàn）圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主（zhǔ）軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置（zhì），刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀（dāo）庫向前運動，拔出（chū）主軸上（shàng）的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新（xīn）刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝（zhuāng）置的優點是結構簡單，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。

對於刀庫容量需要較大的加工中（zhōng）心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀（dāo）庫（kù）的結構緊湊，刀庫（kù）容量較大，鏈環（huán）的形狀可根據機床的布（bù）局製成各（gè）種形狀，也可將換（huàn）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（shì）

一般的刀庫內存放有多把刀（dāo）具，每（měi）次換刀前要進行選刀，常用（yòng）的選刀方法有順（shùn）序選刀和任意 選刀（dāo）兩種，順序選刀是在加工之前（qián），將（jiāng）加工零件所需刀具按照工藝要求依次（cì）插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中（zhōng）的刀具（jù）順序。其優（yōu）點是刀庫的驅動和（hé）控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量（liàng）較（jiào）大、工件品種數（shù）量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨（suí）著數控係統的發展（zhǎn），目前大多數的數控係統（tǒng）都（dōu）采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具（jù）編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或（huò）刀套上安裝用於（yú）識（shí）別的編碼條，一般都是根據二（èr）進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每（měi）把刀具都具有自己的代（dài）碼，因而（ér）刀具可在不同的（de）工序中多次重複使用，換下的刀（dāo）具不用放（fàng）回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但（dàn）每（měi）把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長（zhǎng），製造困難，刀庫和機械手（shǒu）的結構變（biàn）複雜。刀套編碼的方式是一把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（fèn）麻煩（fán），換刀時間長。目（mù）前在加工中心上大量（liàng）使用記憶式的方式。這種方（fāng）式能將刀（dāo）具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在（zài）數控係統（tǒng）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。刀庫上裝有位置檢測裝置（zhì），可獲得每個（gè）刀套的（de）位置信息（xī）。這樣刀具就（jiù）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（zhì）

數控機（jī）床的自（zì）動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸（xiè）刀具的裝置稱（chēng）為刀具交（jiāo）換裝置（zhì）。刀具的交（jiāo）換方式有兩種（zhǒng）：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及（jí）采用（yòng）機械手交換（huàn）刀具（jù）。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具（jù）交換的裝置在換刀時必須首（shǒu）先（xiān）將用（yòng）過的刀具送（sòng）回（huí）刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進（jìn）行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同（tóng）時抓取和（hé）裝卸（xiè）機床主軸（zhóu）和刀庫中（zhōng）的（de）刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手（shǒu）進行刀具交換的方式應（yīng）用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作（zuò）快（kuài），而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等（děng）一係列動作。為了防止刀具（jù）掉落，機械手的（de）活動爪都帶有自鎖機構（gòu）。