數控機（jī）床的自動（dòng）換刀裝置，你（nǐ）認識幾種（zhǒng）？

數控機（jī）床為了能在（zài）工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮（suō）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。自動換刀裝置（zhì）應當滿足換（huàn）刀時間短、刀具重複定（dìng）位（wèi）精度高、刀具儲存量足（zú）夠、刀庫占（zhàn）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．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種（zhǒng）最簡單的自動換刀裝置，常（cháng）用（yòng）於數控車床。可（kě）以設計成四方刀架（jià）、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀（dāo）架上分別安裝著（zhe）四把、六把或（huò）更多的刀具，並按數控裝置（zhì）的指令換刀。

回轉刀架在結構上（shàng）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尖（jiān）位置，對於數控車床來說，加工（gōng）過程中刀具位（wèi）置不進行人工調整（zhěng），因此（cǐ）更有必要（yào）選擇可靠的定（dìng）位方案和合理（lǐ）的定位結構，以保證回轉刀架在（zài）每次轉位之後，具有（yǒu）盡可能高的重複定（dìng）位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情（qíng）況下（xià），回轉刀架（jià）的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓（yā）緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

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

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥（wò）式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現（xiàn）自動換刀（dāo）。在轉（zhuǎn）塔的（de）各個主軸上，預先（xiān）安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭（tóu）依次地（dì）轉到加工位置，並接通主運（yùn）動（dòng），使相應的（de）主軸帶動刀具旋轉（zhuǎn）。而其它處於不加工位（wèi）置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置（zhì），省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜（zá）操作（zuò），從而縮（suō）短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但（dàn）是由於空間（jiān）位置的限製，使（shǐ）主軸部（bù）件結構尺寸不能太大，因（yīn）而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必（bì）須限（xiàn）製主軸的數目，否則會（huì）使（shǐ）結構尺（chǐ）寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較（jiào）少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽（zuàn）、銑床（chuáng）等。

3.帶（dài）刀庫的自（zì）動換刀（dāo）係統（tǒng）

由於回轉刀架、轉塔頭式（shì）換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜（zá）零（líng）件的加工需要，因此，自動（dòng）換刀數控（kòng）機（jī）床多采用帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構（gòu）組成，換刀過程較（jiào）為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝（zhuāng）在標準刀柄上（shàng），在機外進行尺（chǐ）寸預調整後，按一定（dìng）的方式放（fàng）入刀庫。換刀時，先在刀庫中（zhōng）選刀，再由換刀裝置從刀庫（kù）或主軸上取出刀具，進行交換，將（jiāng）新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主（zhǔ）軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自（zì）動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻（zhī）有一根主軸，主軸部件的剛度（dù）要高，以滿足精密加工（gōng）要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠（gòu）進行複雜零件的多工序加（jiā）工，大大提高了機床的適應（yīng）性和加工效率。帶刀（dāo）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（zé）方式

1.刀庫類（lèi）型

刀庫的（de）作用是儲備（bèi）一定數量的刀具，通過機械手實（shí）現（xiàn）與主軸上刀具的互換。刀庫的類（lèi）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圍（wéi）來確（què）定。圖7-16所示的盤（pán）式刀庫（kù），刀具的方（fāng）向與主軸同向，換刀時主軸（zhóu）箱上升到一定的位置，使主軸上（shàng）的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，鬆開刀（dāo）柄，盤式刀庫（kù）向前運動，拔出主軸上的（de）刀具，然後刀庫將（jiāng）下一個工序（xù）所用的刀具（jù）旋轉至與主軸（zhóu）對準的位置，刀庫後退（tuì）將新刀具插入（rù）主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸（zhóu）箱下降到工作位（wèi）置，完成換刀任（rèn）務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是（shì）結（jié）構簡（jiǎn）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（dà）的加工中心可采（cǎi）用鏈式刀庫（圖7-17），鏈（liàn）式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也（yě）可將換刀位（wèi）突出以便（biàn）於換刀。當需（xū）要增加刀具（jù）數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與（yǔ）製造帶（dài）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（qián）要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之（zhī）前，將加（jiā）工零件所需刀具按照工藝要求（qiú）依次插入刀庫的刀套中，加工是（shì）按順序調刀，加工不同（tóng）的工件時必須重新調（diào）整刀庫中的（de）刀具順序。其優（yōu）點是刀庫的驅動和控製都比（bǐ）較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品（pǐn）種數量較少的中、小型數（shù）控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目（mù）前大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具（jù）編（biān）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（yào）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編碼的原理進行編碼。刀具編碼選（xuǎn）刀（dāo）方式采用（yòng）了一種特殊（shū）的刀柄結構，並對每（měi）把刀具編碼。每把（bǎ）刀具都具有自己的代碼，因而刀（dāo）具可在不同的工序中多次重複使用，換（huàn）下的刀具不用放回原刀座，刀庫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（jù）長度加長，製造困難，刀（dāo）庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼（mǎ）的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從（cóng）一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀（dāo）套（tào）中，取（qǔ）送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前（qián）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套位（wèi）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。刀庫上裝有（yǒu）位置檢測裝置（zhì），可獲得每個刀套的位置信息。這（zhè）樣刀（dāo）具就可以（yǐ）任意取出並（bìng）送回。刀庫上（shàng）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（huàn）刀裝置中，實現刀（dāo）庫與機床主軸之（zhī）間傳遞和裝卸刀具的裝（zhuāng）置稱為（wéi）刀具交換裝置。刀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手交換刀具。利用刀（dāo）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（xiān）將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀（dāo）時間較長。而采（cǎi）用機械手換刀（dāo）裝置在換（huàn）刀時能夠同時抓取和（hé）裝卸機床主軸和刀庫中（zhōng）的刀具，因此換刀時間（jiān）進一步（bù）縮短。采用機械手（shǒu）進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械（xiè）手換刀靈活，動作快，而（ér）且結（jié）構簡單。機械手（shǒu）能夠完成抓刀—拔刀—回（huí）轉—插刀—返（fǎn）回等一係列動作。為（wéi）了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。