數控機床的自動換刀裝置，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，縮短輔助時（shí）間，減少（shǎo）多次安裝工件所引起（qǐ）的誤差，必（bì）須帶有自動換刀裝置。自動換（huàn）刀裝置應當滿（mǎn）足（zú）換刀時間短、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（qiú）。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回（huí）轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控（kòng）車床。可以設計成四方刀架、六角刀（dāo）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把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指（zhǐ）令換刀。

回轉刀架（jià）在結構上（shàng）必須具有良（liáng）好的強度和剛度，以承受粗加（jiā）工時（shí）的切削抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決於（yú）刀尖（jiān）位置，對於數控車床來說，加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方案和合理的定位（wèi）結構，以保證回轉（zhuǎn）刀架在每次轉位之（zhī）後，具有盡可（kě）能高的重複定（dìng）位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般（bān）情況下（xià），回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及（jí）刀架壓（yā）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（xuán）轉刀具的數控機床的一種比（bǐ）較簡單的換刀（dāo）方式。這種主軸頭實際上就

是一個轉塔（tǎ）刀（dāo）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，以實現自動換（huàn）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具，當發（fā）出（chū）換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置（zhì），並接通主運動，使相（xiàng）應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處（chù）於不加工位置上的主軸都（dōu）與主運動脫開（kāi）。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝（zhuāng）刀以及刀具搬（bān）運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀（dāo）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（wéi）了保證主軸（zhóu）的剛性，必須限製主軸的數（shù）目，否則會使結構（gòu）尺寸（cùn）增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適（shì）用於工序較少（shǎo）、精度要求不太高（gāo）的機床，例如（rú）數控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝（zhuāng）置容（róng）納（nà）的刀具數量不能太多（duō），不能滿足（zú）複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置（zhì）由刀庫和換刀機構組成，換刀（dāo）過程較為複雜。首先要把（bǎ）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（yù）調整後，按一（yī）定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，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，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容（róng）量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方（fāng）。由於帶刀庫的自動（dòng）換刀裝（zhuāng）置的數控機床的主軸箱內隻有一（yī）根主軸（zhóu），主軸部（bù）件（jiàn）的剛度（dù）要高，以（yǐ）滿足精密（mì）加工要求。

另外，刀庫內刀具數（shù）量較大，因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。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽（zuàn）削（xuē）中心和加工（gōng）中心（xīn）。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一（yī）定數量（liàng）的刀具，通過機（jī）械手實現與主（zhǔ）軸上刀具的互（hù）換。刀庫的類（lèi）型有盤（pán）式刀庫、鏈式刀庫等多種形式（shì），刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確（què）定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向（xiàng）與主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀（dāo）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的刀具旋（xuán）轉至與主軸對準的位置，刀（dāo）庫後（hòu）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（dāo）任務，進行下道工序（xù）的加工。此換刀裝置的優（yōu）點是結構簡（jiǎn）單，成本較低（dī），換刀可靠性較（jiào）好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫（kù）容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈（liàn）環的形狀可根據機床的布（bù）局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要（yào）增加刀具數（shù）量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀（dāo）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（nèi）存（cún）放有（yǒu）多把刀具，每次（cì）換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀（dāo）兩種，順序選刀是在加工（gōng）之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是（shì）按順序調（diào）刀，加工不同的工件時（shí）必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅（qū）動和控製都比較（jiào）簡單。因此，這種方式（shì）適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型（xíng）數（shù）控機床的自（zì）動換刀。

隨著數控係統的發展，目前（qián）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、刀具編碼和（hé）記憶式等三種。

3. 刀具（jù）編碼（mǎ）方式

刀（dāo）具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上（shàng）安裝用於識別的編碼條（tiáo），一般都是（shì）根（gēn）據（jù）二進製編（biān）碼的原理進（jìn）行編碼（mǎ）。刀具編碼選刀（dāo）方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而（ér）刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下（xià）的刀具不用放回原刀座，刀庫的（de）容量（liàng）也可相應減（jiǎn）少。但每把刀具上都帶有專用的（de）編碼環（huán），刀具長（zhǎng）度加長，製（zhì）造困難，刀庫和機械手的結構（gòu）變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻（zhī）對應一個刀套，從一個（gè）刀套中取出的刀具必（bì）須放（fàng）回同一刀套中，取送刀（dāo）具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心（xīn）上大量使用記憶式的方式（shì）。這種方式能將刀具號和（hé）刀庫中的刀套位置對應地記憶在（zài）數控（kòng）係（xì）統的PLC中，無論刀具放在哪個刀（dāo）套（tào）內，刀具信息都始終記存在PLC內（nèi）。刀庫（kù）上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意（yì）取出並送回。刀庫上還（hái）設有機（jī）械原（yuán）點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換（huàn）刀裝置中，實現刀庫與機床主（zhǔ）軸之間傳遞和裝卸刀具的裝（zhuāng）置稱為刀具交換（huàn）裝置。刀具的交換（huàn）方（fāng）式有兩種：由刀庫（kù）與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運（yùn）動實現刀具交換的（de）裝置在換刀時必須首先將（jiāng）用過（guò）的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個（gè）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（gòu）同時抓（zhuā）取和（hé）裝卸機床主軸（zhóu）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（huàn）的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活（huó），動作快，而且結（jié）構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔（bá）刀（dāo）—回（huí）轉—插刀—返回等一係列動作。為了（le）防止刀（dāo）具掉落，機械手的活動爪都（dōu）帶有自鎖機構。