​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（gōng）件一次裝夾中完成多（duō）道加工工序，縮短輔助時（shí）間，減少多次安裝工件所引（yǐn）起的誤差，必須（xū）帶有自動換（huàn）刀裝置。自動換刀裝置應當（dāng）滿足換刀時間（jiān）短、刀具重複定位精度高、刀具儲存（cún）量足夠、刀庫占地麵積小（xiǎo）以及安全可（kě）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（dāo）架是一種最簡單的自動換刀裝（zhuāng）置（zhì），常用於數控車床。可以（yǐ）設計成（chéng）四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向（xiàng）裝刀刀架等（děng）多種形式。回轉刀架上分別安裝著（zhe）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。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位（wèi）置（zhì），對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不（bú）進（jìn）行人工調整，因此更有必要選擇可靠（kào）的定位方案和合（hé）理的定（dìng）位結構，以保證回轉刀（dāo）架在（zài）每次轉位之後，具有盡可能高的（de）重複定（dìng）位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉（zhuǎn）刀架的換（huàn）刀動作包括刀（dāo）架抬起、刀架轉（zhuǎn）位及刀（dāo）架（jià）壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

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

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥（wò）式（shì）和立式兩種，通（tōng）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（shàng），預先安裝有各工序所需要的（de）旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主（zhǔ）軸頭依次地轉到加（jiā）工位置，並接通主運動，使相應的（de）主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不（bú）加（jiā）工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換（huàn）刀裝置，省去（qù）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（duǎn）了換（huàn）刀時間，並提高了（le）換刀的可靠性。但是由於空間位置（zhì）的限製，使主軸部件結構（gòu）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，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常（cháng）隻適用於工序較少、精度要求不太（tài）高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統（tǒng）

由於回轉刀（dāo）架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足複（fù）雜零件的加工（gōng）需要，因此，自（zì）動換刀數控機床多采（cǎi）用帶刀庫的（de）自動換刀裝置。帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置由刀庫和換（huàn）刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準（zhǔn）刀柄上，在（zài）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，再由換刀（dāo）裝置從（cóng）刀庫或主軸上取出刀（dāo）具，進行交換，將新刀裝入主軸（zhóu），舊刀放回刀庫。刀庫具有較（jiào）大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的（de）自動換刀裝置的數控（kòng）機床的主軸箱內隻有一根主軸，主（zhǔ）軸部件（jiàn）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（duō）工序加工，大（dà）大提高了機床的適應性和加（jiā）工效率。帶刀（dāo）庫的自動（dòng）換刀係統適用於數控鑽削中心和（hé）加工中心。

 

二、刀（dāo）庫和刀具的選擇（zé）方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過（guò）機械手實現與主軸上（shàng）刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀（dāo）庫、鏈式刀庫等多種形式（shì），刀庫的形（xíng）式和容量要根據機床的工藝範圍來（lái）確定。圖7-16所示的盤式刀庫（kù），刀具的方向與主軸同（tóng）向，換刀時（shí）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（gè）位置，刀具被夾（jiá）住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀（dāo）庫將下一個工（gōng）序所用的（de）刀具旋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，主軸夾緊刀柄（bǐng），主軸箱下（xià）降到工作位置，完成換刀任（rèn）務，進行下道工序的加工。此換刀（dāo）裝置的（de）優點是結構簡單，成（chéng）本較低，換（huàn）刀可靠性較好；缺點是換刀時間長（zhǎng），適用於刀庫容量較小的加工中心（xīn）。

對於（yú）刀庫容量（liàng）需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫（kù）的結（jié）構緊湊（còu），刀庫容（róng）量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各（gè）種形狀，也可將換（huàn）刀位突出以便於換（huàn）刀。當需要增加刀具數量（liàng）時（shí），隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造（zào）帶來了方便。

2. 刀（dāo）具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀（dāo）前要進（jìn）行選刀，常用的選（xuǎn）刀方法有順序（xù）選刀和任意 選刀兩種，順序選（xuǎn）刀是在（zài）加工（gōng）之前，將（jiāng）加工零件所需（xū）刀具按照工藝要求（qiú）依次插入（rù）刀庫的刀（dāo）套中，加工（gōng）是按（àn）順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大（dà）、工（gōng）件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展（zhǎn），目前大多數的數控係統都采（cǎi）用任（rèn）意（yì）選刀的方式，其分為（wéi）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（huò）刀套編碼需要在刀具或刀套上安（ān）裝（zhuāng）用於識別的編碼條，一般（bān）都是根據二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。每把（bǎ）刀具都具有自己（jǐ）的代碼，因而刀具可在（zài）不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用（yòng）放回原刀座，刀庫的容量也（yě）可相應（yīng）減少。但每把刀（dāo）具上都帶有專用（yòng）的編碼環，刀具（jù）長度加長，製造困難，刀庫和機械手（shǒu）的結構變複雜（zá）。刀套編碼的方式是一把刀具隻（zhī）對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具（jù）必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大（dà）量（liàng）使用記憶式的（de）方（fāng）式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀（dāo）套位置對應地記憶（yì）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（zhōng）記存在PLC內。刀庫上裝（zhuāng）有位置檢（jiǎn）測裝（zhuāng）置，可獲得每個刀套（tào）的位置信息。這樣刀具就可以（yǐ）任意取出並送回（huí）。刀庫（kù）上還設有機械原點，使每次（cì）選刀時就近選取。

 

三、刀具交換裝置

數控機床的自（zì）動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝（zhuāng）置。刀具的交換（huàn）方式（shì）有兩種：由刀庫與機床主軸的相（xiàng）對運動實現刀具交換以及采用機械手交換刀具。利用（yòng）刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀（dāo）時必須首先將用過（guò）的刀具送回刀庫，然（rán）後再從刀庫中取出新刀具，兩（liǎng）個動作不能同時進行，換（huàn）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（hé）裝卸機床主軸和（hé）刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行（háng）刀具交換（huàn）的方式應用最廣泛。這是因為機械手（shǒu）換刀（dāo）靈（líng）活，動作快，而且結構簡單。機（jī）械手能夠完成抓刀—拔刀—回（huí）轉—插刀—返回等（děng）一係列動作（zuò）。為了防止刀具掉落，機械手的（de）活動（dòng）爪都帶有自鎖機構。