數控機床的自動換刀裝置（zhì），你認識幾種？

數控（kòng）機床為了能在工件（jiàn）一次裝（zhuāng）夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次（cì）安裝工件所引起的誤（wù）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（duǎn）、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝（zhuāng）置的形式

1．回轉刀架換刀

回（huí）轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數（shù）控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝（zhuāng）刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六（liù）把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良（liáng）好的強度和剛度，以（yǐ）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（jué）於刀尖位置，對於數控車床來說，加（jiā）工過程中刀具位置不進行人工調整（zhěng），因此更有必（bì）要選擇可靠的定位方案和合理的定（dìng）位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可（kě）能高的重複定（dìng）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（bāo）括刀架抬起、刀架轉位及刀（dāo）架壓緊等（děng）。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸（zhóu）換刀是帶有旋轉刀（dāo）具的（de）數控機床的（de）一（yī）種比較簡單（dān）的換刀方式。這種主軸頭實際上就

是（shì）一個轉塔刀（dāo）庫（kù）。

主軸（zhóu）頭有臥式和立式兩種，通常用（yòng）轉塔的轉位來（lái）更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸（zhóu）上（shàng），預先安裝有（yǒu）各工序所需（xū）要的旋轉刀具，當發出換刀指（zhǐ）令時（shí），各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其（qí）它處於不加工位置上的主軸（zhóu）都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝（zhuāng）置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以（yǐ）及刀具搬運等一係列的複（fù）雜（zá）操作，從而縮短了換（huàn）刀時（shí）間，並提高了換刀的可靠（kào）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（xiǎng）了主軸係統的剛性（xìng）。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，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太高的機床（chuáng），例如數控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫的自（zì）動換刀係統

由（yóu）於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝（zhuāng）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，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫（kù）的自動換刀（dāo）裝置由刀庫和換刀機構（gòu）組（zǔ）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刀柄上，在機外（wài）進（jìn）行尺寸預調整後（hòu），按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在（zài）刀庫中選刀，再由換（huàn）刀裝置從（cóng）刀庫或（huò）主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容（róng）量，既可安裝在（zài）主軸箱的側麵或（huò）上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一根（gēn）主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求（qiú）。

另外，刀庫內刀具數量（liàng）較大，因而能夠（gòu）進行複雜（zá）零（líng）件的多工（gōng）序加工，大（dà）大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的（de）自動換刀係統適用（yòng）於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀（dāo）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，通過機械手（shǒu）實現與主（zhǔ）軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤（pán）式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和（hé）容量要（yào）根（gēn）據（jù）機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤（pán）式刀庫，刀具的方向與主軸同向，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，刀（dāo）具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動（dòng），拔出主軸上的（de）刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對（duì）準的（de）位置（zhì），刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊（jǐn）刀柄，主軸箱下（xià）降到工作位置，完成換刀任務，進行下道（dào）工序（xù）的加工。此（cǐ）換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換（huàn）刀可靠性較好；缺點是換刀時（shí）間長，適用（yòng）於刀庫容量（liàng）較小的加工中心。

對於刀庫容（róng）量需要較大的加工中（zhōng）心可采（cǎi）用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較（jiào）大，鏈環的形（xíng）狀可根（gēn）據機床的布局製成各（gè）種形狀，也（yě）可將換刀（dāo）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（jì）與（yǔ）製造（zào）帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般（bān）的刀庫內存放有多把刀具，每（měi）次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序（xù）選刀和（hé）任意 選（xuǎn）刀兩種，順序（xù）選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工（gōng）是按順序調刀，加工不同的工件時必須重（chóng）新調整刀庫中的刀具順序。其優點（diǎn）是刀庫的（de）驅動和（hé）控製都比較簡（jiǎn）單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種（zhǒng）數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數（shù）控係統的發展，目前大多（duō）數的數控係統都采用（yòng）任意選刀的方式，其分為刀套編（biān）碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般（bān）都（dōu）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（le）一種特殊的刀柄結構（gòu），並對每把刀具編碼。每把刀具都具有（yǒu）自己的代碼，因而刀具可在不同（tóng）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（dàn）每把刀具上都帶有專用的編碼環（huán），刀具長度加長，製造困（kùn）難，刀（dāo）庫和機（jī）械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是（shì）一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中（zhōng）取出的刀具必須放回同一刀套（tào）中，取送刀具（jù）十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量（liàng）使用記憶式的方式。這（zhè）種方（fāng）式能將刀具號和（hé）刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的（de）PLC中，無論（lùn）刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始（shǐ）終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置（zhì），可獲得每（měi）個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就（jiù）近選取。

三、刀具交換裝（zhuāng）置

數控機床的自動換刀裝置中（zhōng），實現刀庫與機床主軸（zhóu）之間傳遞和裝（zhuāng）卸（xiè）刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主（zhǔ）軸的（de）相對運動實（shí）現刀具交（jiāo）換以及采用機械（xiè）手交換刀具。利用刀庫（kù）與機床主軸的相對運動實現（xiàn）刀具交換（huàn）的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀（dāo）庫，然後再從刀庫中取出（chū）新刀（dāo）具，兩個動作不能同時進行（háng），換刀時間較長。而采（cǎi）用機械手換刀裝（zhuāng）置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的（de）刀具，因此換刀時（shí）間進一步（bù）縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀（dāo）靈活（huó），動作快，而且結構簡單。機械（xiè）手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係（xì）列動作。為了防止（zhǐ）刀（dāo）具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。