數控機床的（de）自（zì）動換刀裝置（zhì），你認識幾（jǐ）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（duǎn）輔助時間（jiān），減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動（dòng）換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時（shí）間短、刀具重（chóng）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（kào）等基（jī）本要求。

一、自動換刀裝置的（de）形式

1．回轉（zhuǎn）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（pán）式軸（zhóu）向裝刀（dāo）刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並（bìng）按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須（xū）具有良好的強度和剛（gāng）度，以（yǐ）承（chéng）受粗加工時（shí）的切削抗力（lì）。由於車（chē）削加工精度在很大程度上取決於刀尖（jiān）位置，對於（yú）數控（kòng）車床來說，加工過程中刀具位置不進行人（rén）工調整，因此更（gèng）有必（bì）要（yào）選擇可靠的定位方案（àn）和合理的定位結構，以保證回轉刀架（jià）在每次轉位之後，具有盡（jìn）可能高（gāo）的重複定位精度（dù）（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉（zhuǎn）刀架的換刀動作（zuò）包括刀架抬起、刀架轉（zhuǎn）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（huàn）刀是帶有旋轉刀具的數控機床的一種比較（jiào）簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上（shàng）就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有（yǒu）臥式和（hé）立式兩種，通常用轉塔（tǎ）的轉位來更換（huàn）主軸頭，以實現（xiàn）自動換刀。在轉塔的各個（gè）主軸上，預（yù）先安裝（zhuāng）有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次（cì）地轉到加工位置（zhì），並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具（jù）旋（xuán）轉。而其（qí）它處於不加工位（wèi）置上的主軸都與主（zhǔ）運動脫開。

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（cāo）作，從而縮（suō）短了換刀時間（jiān），並提高了換刀的可靠性。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，因而影響了（le）主軸係統的剛（gāng）性。為了保證主軸的剛性，必須限（xiàn）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（yú）工序較（jiào）少、精度要（yào）求不太高的機床，例如數控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀（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（huàn）刀數控機床多采用帶刀庫的（de）自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換（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（zài）標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫（kù）。換（huàn）刀時，先在刀庫中（zhōng）選刀，再由（yóu）換刀裝置從刀庫或主軸（zhóu）上取出刀具，進行交換（huàn），將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較（jiào）大的容量，既可安裝（zhuāng）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床的（de）主軸箱內（nèi）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（dāo）庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的（de）多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工（gōng）效率（lǜ）。帶刀庫（kù）的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中（zhōng）心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲（chǔ）備一定數量的（de）刀具（jù），通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有（yǒu）盤式刀庫（kù）、鏈（liàn）式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來（lái）確定。圖7-16所示的盤式（shì）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（zhóu）上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下（xià），鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔（bá）出（chū）主軸（zhóu）上的刀具，然後刀庫將下一個工序所（suǒ）用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後（hòu）退將新刀（dāo）具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下（xià）降到工作位置，完成換刀任務，進行下（xià）道工序的加工。此換（huàn）刀裝置的優點是結構（gòu）簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量（liàng）較小的（de）加工中心。

對於刀庫容量需要較（jiào）大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖（tú）7-17），鏈式刀庫（kù）的結構緊（jǐn）湊，刀庫容量較大，鏈環的形（xíng）狀可（kě）根據機床的布局製成各種形狀，也可將（jiāng）換刀位突（tū）出（chū）以便於換刀。當（dāng）需要增加刀具數量（liàng）時，隻需增加鏈（liàn）條的長度即（jí）可，給刀（dāo）庫設計與製造（zào）帶來（lái）了方便。

2. 刀（dāo）具的選（xuǎn）擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要（yào）進行選刀，常用的（de）選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序（xù）選刀是在加工之前，將加工（gōng）零件所（suǒ）需刀具按照工藝（yì）要求依（yī）次插入刀庫的刀（dāo）套（tào）中，加工是按順序調刀，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）式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控（kòng）機床的自動（dòng）換刀。

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

3. 刀具編碼方式

刀（dāo）具編碼（mǎ）或刀套編碼需要在刀（dāo）具或（huò）刀套上安裝用於識別（bié）的編碼條，一般都是根據二進製（zhì）編碼的（de）原理進行編碼。刀具編碼選刀方（fāng）式采用了一（yī）種（zhǒng）特殊的刀柄結構，並對（duì）每把刀（dāo）具編碼。每把刀具都具有（yǒu）自己的代碼，因而刀具（jù）可在不同的工序中多次重複（fù）使用，換下的刀具不（bú）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（zhuān）用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的（de）結構變複（fù）雜（zá）。刀套編碼的方式（shì）是一把（bǎ）刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取（qǔ）出的刀具必須放回同一刀套中，取（qǔ）送刀具十分麻煩（fán），換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的（de）方式。這種方式（shì）能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係（xì）統的（de）PLC中，無論刀具放在哪（nǎ）個（gè）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（zhuāng）置，可獲得（dé）每個刀套的位置信息。這樣刀（dāo）具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有（yǒu）機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝（zhuāng）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為刀具（jù）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動實現刀具交換以及（jí）采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對（duì）運動實現刀具交（jiāo）換的裝置在換刀時必須首先將用（yòng）過（guò）的刀具送回刀（dāo）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。而采用機械手換刀裝（zhuāng）置在換（huàn）刀時能夠同時抓取和裝卸（xiè）機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械（xiè）手進行刀具交換的方式應用最廣泛（fàn）。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手（shǒu）能夠完成抓刀—拔刀—回（huí）轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖（suǒ）機構。