​數控機床的自動換刀裝置，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，縮短輔助時間，減（jiǎn）少多次安裝工件所引起（qǐ）的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動（dòng）換（huàn）刀裝置應當（dāng）滿足換刀時（shí）間短、刀具重複定位精度高、刀（dāo）具儲存量足夠、刀庫占地（dì）麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置（zhì）的形式（shì）

1．回轉刀架換刀

回（huí）轉刀架是一種最簡單的自動（dòng）換刀裝置，常用於數控（kòng）車床。可以設計成四方刀架、六角刀架（jià）或圓盤（pán）式軸向裝刀（dāo）刀架等多（duō）種形式。回轉刀架上分別安（ān）裝著四把、六把或（huò）更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉（zhuǎn）刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加（jiā）工時的切削抗力。由於車削加工精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（guò）程中刀（dāo）具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位（wèi）方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重（chóng）複定位精（jīng）度（一（yī）般為0.001～0.005mm）。

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

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數（shù）控機床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實（shí）際上就

是一個轉（zhuǎn）塔刀庫。

主軸頭有臥式和（hé）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，預先安裝有各（gè）工序所需要的旋轉（zhuǎn）刀具，當發出換（huàn）刀指（zhǐ）令時（shí），各主軸頭依次地轉到加工位置，並接（jiē）通主運動，使（shǐ）相（xiàng）應的主（zhǔ）軸（zhóu）帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開（kāi）。

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列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高（gāo）了（le）換（huàn）刀的可靠性。但是由於空間位（wèi）置的限製，使主軸部件（jiàn）結構尺（chǐ）寸不能太大，因而影響了主軸係統（tǒng）的剛性。為了保證（zhèng）主軸的剛性，必須限製主軸的數目（mù），否則會（huì）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（chuáng）等。

3.帶刀（dāo）庫的自動換刀係統（tǒng）

由於回轉刀架、轉（zhuǎn）塔頭（tóu）式換刀（dāo）裝置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，自動換刀數（shù）控機（jī）床多采用帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置。帶（dài）刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置由刀（dāo）庫和換刀機構組成（chéng），換刀過（guò）程較為複雜。首（shǒu）先要把加工過程中使用的全部刀具分（fèn）別安裝在標準刀柄（bǐng）上，在機（jī）外進行尺寸（cùn）預調整（zhěng）後，按一定的方式放入刀庫。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），進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的（de）容量，既可安裝在（zài）主軸箱的側（cè）麵或上方。由於帶刀庫（kù）的自動換刀裝置的數控機（jī）床的主軸（zhóu）箱內隻有一根（gēn）主軸，主軸部件的剛度要高，以（yǐ）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（zá）零（líng）件的多工序加工，大大提高（gāo）了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統（tǒng）適用於數控鑽削中心（xīn）和加工中心。

二、刀庫和刀（dāo）具的選擇方（fāng）式

1.刀庫類型

刀庫的作（zuò）用是儲備（bèi）一定數（shù）量的刀具，通過機械手實（shí）現與主軸上刀具（jù）的互換。刀庫的（de）類型有盤式刀（dāo）庫、鏈式刀（dāo）庫等多種形式，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，刀具的方向與（yǔ）主軸同向，換刀時主軸箱上（shàng）升（shēng）到一定的位置，使主軸上（shàng）的刀具正好對準刀庫（kù）最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆（sōng）開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的（de）刀具，然後刀庫將下一個工序所用的（de）刀（dāo）具（jù）旋（xuán）轉至與主軸對準的位置，刀庫後退（tuì）將新刀具插入主軸孔中（zhōng），主軸（zhóu）夾緊刀（dāo）柄，主軸箱下降到工（gōng）作位置，完成換刀任務，進行下道（dào）工序的加工。此換刀（dāo）裝置的優點是結構簡單（dān），成本較低，換刀可靠性較（jiào）好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較（jiào）小的加工中心（xīn）。

對於（yú）刀庫（kù）容量需要較大的（de）加工中心可采用（yòng）鏈（liàn）式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊（jǐn）湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各（gè）種形（xíng）狀，也可將換刀位突（tū）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（jì）與製造帶來了方便。

2.刀具的選擇方式

一（yī）般的刀庫（kù）內（nèi）存放有多把刀（dāo）具，每次換刀前（qián）要進行選刀，常用的選刀方法有（yǒu）順序選刀和任（rèn）意選刀兩種，順序選刀是在加工之前（qián），將加工零件所需（xū）刀具按照工藝要（yào）求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工（gōng）不同的工件（jiàn）時必須重新（xīn）調整刀（dāo）庫（kù）中的刀具順序。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（hé）加工批（pī）量較大、工件品種數（shù）量較少的中、小型數（shù）控機床的自動換（huàn）刀。

隨著數控係統的（de）發展，目前大多數的數控係統（tǒng）都（dōu）采用任（rèn）意選刀（dāo）的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式（shì）等三種。

3.刀具編碼（mǎ）方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀（dāo）套上安裝用於識別的編碼（mǎ）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（fāng）式采用了一種特殊的刀柄（bǐng）結（jié）構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己（jǐ）的代碼，因而刀具可（kě）在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每（měi）把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長（zhǎng），製造（zào）困難，刀庫和機械手的結構變（biàn）複（fù）雜。刀套編碼的方（fāng）式是一把刀具隻對應一個（gè）刀套，從（cóng）一個刀套中取出（chū）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（qián）在加工中（zhōng）心上大量使（shǐ）用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對（duì）應地記憶在數（shù）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。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲（huò）得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可（kě）以任意取出並送（sòng）回。刀庫上還設有機（jī）械原點，使每次選（xuǎn）刀時就近選取。

三、刀（dāo）具交換裝置

數控機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具的裝置稱（chēng）為刀具（jù）交換裝置（zhì）。刀具的交換方式有兩種：由（yóu）刀庫（kù）與機床（chuáng）主軸的相對運動實現（xiàn）刀具交換以及采用（yòng）機械手交換刀具。利用刀庫（kù）與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刀具送（sòng）回刀庫，然後再從刀庫中取出新（xīn）刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采（cǎi）用（yòng）機（jī）械手（shǒu）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（yīn）此換（huàn）刀時間進一步縮短。采用機（jī）械（xiè）手進行刀具（jù）交換的方式應用最廣泛。這（zhè）是因為機械手換刀靈活，動作快，而且（qiě）結構簡單。機械手能夠完成抓（zhuā）刀—拔刀—回轉—插刀—返（fǎn）回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械（xiè）手的活動爪都帶有自鎖機構。