數控機床的（de）自動換刀裝（zhuāng）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（fǔ）助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶（dài）有（yǒu）自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量（liàng）足夠、刀庫占地（dì）麵積小以及安全可靠等基本要（yào）求。

一、自動換（huàn）刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以設（shè）計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝（zhuāng）刀刀（dāo）架等多種形式。回轉刀架上分別安裝（zhuāng）著四把、六把或更多的（de）刀具，並（bìng）按數控裝置的指令換刀。

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（shí）的切削抗力。由於車削加（jiā）工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車（chē）床來說，加工過程中刀具位置不進（jìn）行人工調整，因此更（gèng）有必（bì）要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證（zhèng）回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可（kě）能高的重（chóng）複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般（bān）情況（kuàng）下，回轉刀架的換刀（dāo）動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換（huàn）主軸頭換刀（刀具旋轉為主運（yùn）動（dòng））

更（gèng）換主軸換（huàn）刀是帶有旋（xuán）轉刀（dāo）具（jù）的數控機床的一種比較簡單（dān）的換刀方式。這種主軸頭（tóu）實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現（xiàn）自動換刀。在轉塔的（de）各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀（dāo）具，當（dāng）發出換刀指令時，各（gè）主（zhǔ）軸（zhóu）頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸（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（dòng）脫開。

這（zhè）種更換主軸換刀裝置，省去了自（zì）動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具（jù）搬（bān）運等一係列的（de）複雜操作，從而縮短了換刀時（shí）間，並提高了換刀的（de）可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件（jiàn）結構尺寸不能太大，因而影響了主（zhǔ）軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限（xiàn）製主軸（zhóu）的數目，否則會使結構尺寸（cùn）增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少（shǎo）、精度（dù）要求不太高的機床，例如數控（kòng）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（tóu）式（shì）換刀裝置容納的刀具數量不能（néng）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（yòng）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（huàn）刀機（jī）構組成，換刀過程較為複雜（zá）。首先要把加工過程中（zhōng）使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機（jī）外進行尺寸預調整後（hòu），按（àn）一定的方式放入刀庫。換（huàn）刀時（shí），先（xiān）在刀庫中選刀，再由換刀裝置從（cóng）刀庫或主軸上取出刀具（jù），進行交換，將新（xīn）刀裝入主軸，舊刀（dāo）放回刀庫。刀庫具有（yǒu）較大的容量，既可（kě）安裝在主軸箱的（de）側麵或（huò）上方（fāng）。由於（yú）帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大（dà），因而（ér）能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提（tí）高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用（yòng）於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型（xíng）

刀庫的作用是儲備一定數量（liàng）的刀具，通（tōng）過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫（kù）等多種形式，刀庫的形式和容量要根據（jù）機床的工藝範圍（wéi）來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換（huàn）刀時主軸箱（xiāng）上升到一定的位置，使（shǐ）主軸上的刀（dāo）具正（zhèng）好對準刀庫最下麵（miàn）的那個位置，刀具被夾（jiá）住，主（zhǔ）軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸（zhóu）上的刀具，然後刀庫將下一個（gè）工序（xù）所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置（zhì），刀庫後退將新刀具插入主軸孔中（zhōng），主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行（háng）下道工序的加工。此換刀裝置的優點（diǎn）是結構簡單，成本較低，換刀（dāo）可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用（yòng）於刀庫容量較（jiào）小的加工中心。

對於刀庫容（róng）量需要較大的加工中心可采用鏈（liàn）式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，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，也可將換刀位（wèi）突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進（jìn）行選刀，常（cháng）用的選刀方法有順序選刀和任（rèn）意 選刀兩種，順序選刀（dāo）是在（zài）加工之前，將加工零件所需刀具（jù）按（àn）照工（gōng）藝要求依次插入刀庫的刀套（tào）中，加工是按順序調刀（dāo），加工不同的工（gōng）件時（shí）必須重新調整刀庫中的刀具順序。其（qí）優點（diǎn）是刀庫的驅動和控（kòng）製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量（liàng）較大、工件品種數量較少的中、小（xiǎo）型數控機床的自動換刀。

隨著數（shù）控係統的發展，目前大（dà）多數（shù）的數控係統都采用（yòng）任意選刀（dāo）的方（fāng）式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三（sān）種。

3. 刀具編碼方式

刀具（jù）編碼（mǎ）或（huò）刀套編碼需要（yào）在（zài）刀具或刀套上（shàng）安裝用於識別的（de）編碼條（tiáo），一般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具（jù）編碼選（xuǎn）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（jù）有自己的代碼，因而刀（dāo）具可在不同（tóng）的工序中多次重複使用，換（huàn）下的刀具不（bú）用放（fàng）回（huí）原刀（dāo）座，刀庫的容（róng）量也可相應減少。但每把（bǎ）刀具上都帶（dài）有專（zhuān）用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和（hé）機械手的結構（gòu）變複雜。刀（dāo）套編碼的方式是一（yī）把刀具隻對應一個刀（dāo）套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送（sòng）刀具（jù）十分麻煩，換刀時間長。目前在加（jiā）工中心上大（dà）量（liàng）使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套（tào）位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪（nǎ）個刀套內，刀具信息都始（shǐ）終記存在PLC內。刀庫上裝有（yǒu）位置檢測裝置，可獲（huò）得每（měi）個刀套的位置信息。這樣刀具就可以（yǐ）任意取出（chū）並送回（huí）。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀（dāo）具交換（huàn）裝置

數控機床的自動換刀裝置中（zhōng），實（shí）現刀庫（kù）與機床主軸之間傳遞（dì）和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具（jù）的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對（duì）運動實現刀具交換（huàn）以及（jí）采用機械手交（jiāo）換刀具。利用刀庫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回刀庫，然後再從刀庫（kù）中取出新刀具，兩個（gè）動作不能同（tóng）時進行，換刀（dāo）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裝卸（xiè）機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進（jìn）一（yī）步縮短。采用（yòng）機（jī）械手進行刀具交換的（de）方式應用最廣泛。這是因為機械手換（huàn）刀靈活，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（jù）掉落，機（jī）械手的（de）活動爪都帶有自鎖機構。