​數控機床的自動換刀裝置，你認（rèn）識幾種？

　　

數（shù）控機床（chuáng）為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短（duǎn）輔（fǔ）助時間，減少多次安裝工（gōng）件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換（huàn）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、自動換刀裝置的（de）形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀（dāo）裝置（zhì），常（cháng）用於數控車床。可以設計成四（sì）方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式（shì）。回轉刀架上（shàng）分別安（ān）裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具（jù）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（dù）在很大程度上取決於刀（dāo）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，因此更有必要選擇可靠的定位（wèi）方案和合理的定位（wèi）結構，以保證回轉刀（dāo）架在每次轉（zhuǎn）位之後，具（jù）有盡（jìn）可能高的重（chóng）複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架（jià）的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀（dāo）架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的一（yī）種（zhǒng）比較簡單的換刀方式。這種主軸（zhóu）頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主（zhǔ）軸（zhóu）頭有臥式和立式（shì）兩種，通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（zhóu）上，預先（xiān）安（ān）裝有各工序所需要（yào）的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各（gè）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（dòng）刀（dāo）具旋轉。而其它處於不加工位（wèi）置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自（zì）動（dòng）鬆、夾、卸刀、裝（zhuāng）刀（dāo）以及刀具搬運等一係列的複（fù）雜操（cāo）作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是（shì）由於空（kōng）間位置的限（xiàn）製，使主軸部（bù）件結構尺（chǐ）寸不能（néng）太大（dà），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（zhì）主軸的（de）數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主（zhǔ）軸頭通常隻適（shì）用於工序較（jiào）少、精度要求不太高（gāo）的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換（huàn）刀係統

由於回轉刀架、轉塔（tǎ）頭（tóu）式換（huàn）刀裝置（zhì）容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件（jiàn）的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的（de）自（zì）動換刀裝置。帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要（yào）把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定（dìng）的方式（shì）放入刀庫。換刀時，先在刀庫中（zhōng）選刀，再由換刀裝置從刀（dāo）庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入（rù）主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大（dà）的容（róng）量，既可安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床（chuáng）的主軸箱內（nèi）隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足（zú）精密加（jiā）工要求。

另外（wài），刀庫（kù）內刀具數量較大，因（yīn）而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀（dāo）庫的自動換刀係（xì）統適用於數（shù）控鑽削中心和加工中心。

 

二、刀（dāo）庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備（bèi）一定（dìng）數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤（pán）式刀庫、鏈式刀庫等多種形（xíng）式，刀庫的形式和容量要根據機（jī）床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具（jù）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（hǎo）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，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用（yòng）的刀具旋轉至與主軸對準的（de）位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾（jiá）緊刀柄，主軸箱下降（jiàng）到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構（gòu）簡單，成本較低，換刀（dāo）可靠性較（jiào）好（hǎo）；缺點（diǎn）是換刀時（shí）間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量（liàng）需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式（shì）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，也可將換刀位突出以便於換（huàn）刀。當需要（yào）增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設（shè）計與製造帶來了方便。

2. 刀具的（de）選（xuǎn）擇方式

一般的（de）刀庫內存放有多把刀（dāo）具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方（fāng）法有順序選刀（dāo）和任意 選刀（dāo）兩種，順序選刀是在加工之前（qián），將加（jiā）工（gōng）零件所需刀具按（àn）照工（gōng）藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是（shì）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（cǐ），這種方式適合加（jiā）工批量較大、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，目前大多數的數控係統都采用任意選刀的（de）方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶（yì）式等三種。

3. 刀具（jù）編碼方式（shì）

刀具編碼或刀套（tào）編碼需要在（zài）刀具或刀套上安裝用於識別（bié）的編碼條，一般都是（shì）根據二進製編碼的原理進行編碼（mǎ）。刀具編碼選刀（dāo）方式采用了一（yī）種特（tè）殊的刀（dāo）柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代（dài）碼，因而刀具可在（zài）不同（tóng）的工序中多次重複使用，換下的刀具（jù）不用放回原刀座，刀庫的容量也（yě）可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼（mǎ）環（huán），刀具長度加長，製造困（kùn）難，刀庫和機械手的結（jié）構變複雜。刀套編碼的方式是一（yī）把刀具隻對應（yīng）一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分（fèn）麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將（jiāng）刀具號（hào）和刀庫中的刀（dāo）套位置對應地記憶在（zài）數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀（dāo）套內，刀具信（xìn）息（xī）都（dōu）始終記（jì）存在PLC內。刀庫上裝（zhuāng）有位置檢（jiǎn）測裝置，可獲得每個刀（dāo）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（diǎn），使每次選（xuǎn）刀時就近選取。

 

三、刀（dāo）具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與（yǔ）機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（zhǒng）：由刀庫與機床主軸的相對（duì）運動實（shí）現刀具交換（huàn）以及采用（yòng）機（jī）械手交（jiāo）換刀具。利用刀（dāo）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（de）刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時（shí）間較長。而采用機械手（shǒu）換刀裝置在換刀（dāo）時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀（dāo）具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這（zhè）是因為機械手換刀靈活（huó），動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回（huí）轉—插刀—返回等一係列動（dòng）作。為了防止刀具掉落，機械手（shǒu）的活動爪都（dōu）帶有自鎖機構。