控機床的自動換刀裝置，你認（rèn）識幾種？

數控（kòng）機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序（xù），縮短輔（fǔ）助時間，減少多次安裝工（gōng）件所引起的（de）誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝（zhuāng）置應當滿足換刀時間（jiān）短、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、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架（jià）換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝（zhuāng）置，常（cháng）用（yòng）於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架（jià）等多種形（xíng）式（shì）。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀（dāo）具，並按數（shù）控裝置的指令換刀。

回（huí）轉刀（dāo）架在結構上必須具有良好（hǎo）的強度和（hé）剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工（gōng）精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車（chē）床來說，加工（gōng）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（de）定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉（zhuǎn）位之（zhī）後，具有盡可能高的重複定位（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（kuò）刀架抬起、刀架轉（zhuǎn）位及刀架壓緊等。

2．更（gèng）換主軸頭換刀（刀具（jù）旋轉為主運動）

更換主軸換（huàn）刀是（shì）帶有旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就

是（shì）一個轉塔刀庫。

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

這（zhè）種更換主（zhǔ）軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及（jí）刀具搬運等一係列的複雜（zá）操作，從而縮短了換（huàn）刀時間，並提高了換刀的可靠性。但（dàn）是由於空間位置的限製，使主軸部件（jiàn）結構尺寸不能太（tài）大，因而影響了主軸係統的剛性。為（wéi）了保證主（zhǔ）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（cǐ），轉（zhuǎn）塔主軸頭通常隻適用於工序（xù）較少、精度要（yào）求不太高的機床，例（lì）如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架（jià）、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具（jù）數量不能太（tài）多（duō），不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自（zì）動換刀數控機床多（duō）采用帶刀庫的自（zì）動換刀（dāo）裝置。帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用（yòng）的全部刀具分別安（ān）裝在標準刀柄（bǐng）上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫（kù）。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀（dāo）裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新（xīn）刀裝入主軸，舊刀（dāo）放（fàng）回刀庫。刀庫具有較大（dà）的容量，既可安裝在（zài）主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數（shù）控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的（de）剛度要（yào）高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀（dāo）具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大（dà）大提高了機床的適應（yīng）性（xìng）和加工效率（lǜ）。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控（kòng）鑽削中心和加（jiā）工中心。

二（èr）、刀庫和刀（dāo）具的選（xuǎn）擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀（dāo）庫的類型有盤式刀庫、鏈（liàn）式刀庫等多種形式，刀（dāo）庫的形式和容量要根據機床（chuáng）的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸（zhóu）箱上升到一（yī）定的位置（zhì），使主軸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，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上（shàng）的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主（zhǔ）軸對準的位置，刀（dāo）庫後退（tuì）將新刀具插入（rù）主軸孔中，主（zhǔ）軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進（jìn）行下道工序的加工。此換（huàn）刀裝（zhuāng）置（zhì）的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間（jiān）長，適用於刀（dāo）庫容量較小（xiǎo）的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可（kě）采用鏈式（shì）刀庫（圖7-17），鏈（liàn）式刀庫的結構緊（jǐn）湊，刀庫容量（liàng）較大，鏈環的形狀可根據機床的（de）布局（jú）製成各種形狀，也可將換（huàn）刀（dāo）位突出以（yǐ）便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻（zhī）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（de）選擇方式（shì）

一般的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）法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是（shì）在加工之前，將加工零件（jiàn）所（suǒ）需刀具按照工藝要求依次插（chā）入刀庫（kù）的刀套中，加工是按順序調刀，加（jiā）工不同的工件時必須（xū）重新調整刀庫中（zhōng）的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量（liàng）較大、工件品種數量較少的中、小型數控機（jī）床的自（zì）動換刀。

隨（suí）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（mǎ）、刀（dāo）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（zài）刀具或刀套上安裝用於（yú）識別的編碼條，一般都是根據（jù）二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一（yī）種特殊的刀（dāo）柄（bǐng）結構，並對（duì）每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加（jiā）長，製造（zào）困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具（jù）隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回（huí）同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時（shí）間長。目前在加工中心上大量使用記憶（yì）式的方式。這種方式能將（jiāng）刀具號和刀庫中的刀套位置（zhì）對（duì）應地記憶在數控係統（tǒng）的PLC中，無論刀具放在（zài）哪個刀套（tào）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，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具（jù）就可以任（rèn）意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，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（dāo）裝（zhuāng）置（zhì）中，實現刀庫與機床主（zhǔ）軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱（chēng）為刀具交換裝（zhuāng）置。刀具的交換方（fāng）式有兩種（zhǒng）：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。利用刀庫與（yǔ）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（jiāng）用過的刀具送回刀庫，然後再從（cóng）刀庫中（zhōng）取出新刀具，兩（liǎng）個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械（xiè）手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取（qǔ）和（hé）裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此（cǐ）換刀時間（jiān）進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應（yīng）用（yòng）最（zuì）廣泛（fàn）。這是因為機械（xiè）手換刀靈活，動作快（kuài），而且結構（gòu）簡單。機械手能夠完成抓刀（dāo）—拔刀—回轉—插刀—返回（huí）等一係列動作。為了防止刀具掉（diào）落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構（gòu）。