控機床的自動（dòng）換（huàn）刀裝置，你認（rèn）識幾種？

數（shù）控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短（duǎn）輔助時間（jiān），減少多次安裝工件所（suǒ）引（yǐn）起的誤差，必須帶有（yǒu）自動換刀裝置。自動（dòng）換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具（jù）重複定位精度高、刀具儲存（cún）量（liàng）足夠（gòu）、刀庫占地麵積小以及安全（quán）可靠等基（jī）本（běn）要求。

一、自動換刀裝（zhuāng）置的形式

1．回轉刀（dāo）架換刀

回轉刀架是一種最（zuì）簡單的自動換刀裝置，常用（yòng）於數控車床。可以（yǐ）設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四（sì）把、六把或更多的（de）刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必（bì）須具（jù）有良好的強度和剛度，以承受粗加工（gōng）時的切削抗力。由於車削加工（gōng）精度在很大程度上取決於刀（dāo）尖（jiān）位置，對（duì）於數控車床來說，加工（gōng）過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有（yǒu）必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在（zài）每次轉位之後，具有（yǒu）盡可（kě）能高的重複定位（wèi）精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換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（dòng））

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

是一個轉塔刀庫。

主（zhǔ）軸頭有臥式和立式兩（liǎng）種，通常用轉塔的（de）轉位來（lái）更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預（yù）先安裝（zhuāng）有各工序所（suǒ）需要的旋轉刀具，當發出（chū）換刀指令（lìng）時，各主軸頭依次（cì）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。而其它處於不（bú）加（jiā）工位置上的主軸都（dōu）與主運動脫開。

這種更（gèng）換主軸換刀（dāo）裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝（zhuāng）刀以及刀具搬運等一係列的複雜（zá）操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，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。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數（shù）目，否則會使結構尺寸增大（dà）。因此，轉塔（tǎ）主（zhǔ）軸頭通常（cháng）隻適用（yòng）於工（gōng）序較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自（zì）動換（huàn）刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不（bú）能（néng）太多，不能滿足複雜零件的（de）加工（gōng）需要，因（yīn）此，自動換刀數控機床多（duō）采用（yòng）帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置。帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置由刀庫和換（huàn）刀機構組成，換（huàn）刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的（de）全部刀（dāo）具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後（hòu），按一定的方式放入刀庫。換刀（dāo）時（shí），先在刀庫中選刀（dāo），再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸（zhóu），舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安（ān）裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機（jī）床的主軸（zhóu）箱內隻有一根主軸，主軸部（bù）件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較（jiào）大，因而（ér）能夠進行複雜零（líng）件的多工（gōng）序加工，大大（dà）提（tí）高了機床（chuáng）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（zé）方式

1.刀庫類（lèi）型

刀庫（kù）的作用是儲備一定數量的刀具，通過機（jī）械（xiè）手實現與主軸上刀具的互（hù）換。刀（dāo）庫（kù）的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫（kù）等多種形式（shì），刀庫的形式（shì）和容量要根（gēn）據機床的工藝範圍來（lái）確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀（dāo）時主軸箱上升到一定（dìng）的位置，使主軸上的刀具正好對準（zhǔn）刀庫最下麵（miàn）的那個位置，刀具（jù）被夾住，主軸在CNC的控製（zhì）下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動（dòng），拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序（xù）所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將（jiāng）新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作（zuò）位置，完成（chéng）換（huàn）刀任務，進（jìn）行下道工序的加（jiā）工。此換刀（dāo）裝（zhuāng）置的優點是結構簡單，成本（běn）較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀（dāo）時間長，適用於刀庫容量較小的加工中（zhōng）心。

對於刀庫容量需要較（jiào）大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的（de）結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形（xíng）狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可將（jiāng）換刀位（wèi）突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈（liàn）條的長度即可，給刀庫設計與製造（zào）帶來了方（fāng）便。

2. 刀具的選擇方式（shì）

一（yī）般的（de）刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方（fāng）法有順序選（xuǎn）刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前（qián），將加工零件（jiàn）所需刀（dāo）具按照工（gōng）藝（yì）要求依次插入刀庫的（de）刀套中，加工是按（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（fāng）式（shì）適合加工批量較（jiào）大（dà）、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換（huàn）刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係統（tǒng）都（dōu）采用任意選刀的方（fāng）式，其分為刀套編（biān）碼、刀具編碼和記（jì）憶式等三種。

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。每把刀具都具有自（zì）己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用（yòng）放（fàng）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（yǒu）專用（yòng）的編碼環，刀具長（zhǎng）度（dù）加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式（shì）是（shì）一把刀具隻對（duì）應一個刀套，從（cóng）一個（gè）刀套中取出的刀具必須放回同一（yī）刀套中，取（qǔ）送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加（jiā）工中心上大（dà）量使用記憶式的（de）方式。這種（zhǒng）方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀（dāo）具放在哪個刀（dāo）套內，刀具信息都始終記存（cún）在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信（xìn）息。這樣刀具就可以任意取出並（bìng）送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀（dāo）時就近選取。

三、刀具交換裝（zhuāng）置

數控機床的自動換刀裝（zhuāng）置中，實現（xiàn）刀庫與機床主軸之間傳（chuán）遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運（yùn）動實現刀具交換以及采用機械手交換刀具。利（lì）用刀（dāo）庫與機（jī）床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀（dāo）時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個（gè）動（dòng）作不能同（tóng）時進行，換刀時間較長。而采用機械手（shǒu）換刀裝置在換刀時能夠同時抓取（qǔ）和裝卸機（jī）床主軸和刀（dāo）庫中（zhōng）的刀具，因（yīn）此換刀（dāo）時間（jiān）進一步縮短。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（shǒu）換刀靈（líng）活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手（shǒu）的活動（dòng）爪都（dōu）帶有自（zì）鎖機構。