​數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（dào）加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所（suǒ）引起的（de）誤差，必（bì）須帶有自動換刀裝（zhuāng）置。自動換刀裝置應當滿（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（miàn）積小以及安全可靠等基本（běn）要求。

一、自動（dòng）換刀裝置的形式

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（chē）床。可以設計成四方（fāng）刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上（shàng）分別安裝著四把、六把（bǎ）或更（gèng）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有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不（bú）進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方（fāng）案和合理的定（dìng）位結構，以保證（zhèng）回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（一（yī）般為（wéi）0.001～0.005mm）。

一般（bān）情況下，回（huí）轉刀架（jià）的換刀動作包（bāo）括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸（zhóu）頭換刀（刀具旋轉（zhuǎn）為主運動）

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

是一（yī）個轉塔（tǎ）刀庫。

主軸（zhóu）頭有臥（wò）式和立式（shì）兩種，通常（cháng）用轉塔的轉（zhuǎn）位來更換主軸頭，以實現（xiàn）自動換（huàn）刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有各工序所（suǒ）需要的旋轉刀具，當發出換（huàn）刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工（gōng）位置，並接通主運動，使相應（yīng）的主軸帶動（dòng）刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開（kāi）。

這種更（gèng）換主軸換刀裝置，省去了（le）自（zì）動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了（le）換刀的可靠性。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（yǐng）響了（le）主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必（bì）須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較（jiào）少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等（děng）。

3.帶刀庫的自動換刀係（xì）統

由於回轉刀架、轉塔頭式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帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置。帶刀庫的自動換刀（dāo）裝（zhuāng）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（shǐ）用的全部刀具分別安（ān）裝在標準刀柄上，在（zài）機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換（huàn）刀時，先在刀庫中選刀，再由換（huàn）刀裝（zhuāng）置從刀庫或主軸上（shàng）取出刀具，進（jìn）行交換，將新（xīn）刀裝入主軸，舊刀放（fàng）回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或（huò）上方（fāng）。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸（zhóu），主軸部件的剛度要高，以滿（mǎn）足精密加工要求。

另外，刀庫（kù）內刀具數量較（jiào）大，因而能夠進（jìn）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於數控鑽削（xuē）中心和加工中（zhōng）心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械（xiè）手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有（yǒu）盤式刀庫（kù）、鏈式刀庫等多種形（xíng）式，刀庫的形式和（hé）容量（liàng）要根據（jù）機床（chuáng）的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤（pán）式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上（shàng）升到一定的位置，使（shǐ）主軸（zhóu）上的刀（dāo）具正好（hǎo）對（duì）準刀庫最下麵的那（nà）個位置，刀具被（bèi）夾住，主軸（zhóu）在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動（dòng），拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所（suǒ）用（yòng）的刀具旋轉（zhuǎn）至與主軸對準的位置，刀庫後退將新（xīn）刀具插入（rù）主軸孔中，主軸夾緊刀（dāo）柄，主軸（zhóu）箱下降到工作（zuò）位（wèi）置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此（cǐ）換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠（kào）性較好；缺點是（shì）換刀時（shí）間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對（duì）於刀（dāo）庫容量需要較大的加（jiā）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（zhuàng）可根（gēn）據機床的布局製成各種（zhǒng）形狀，也可將換刀位突出以便於（yú）換刀。當（dāng）需（xū）要增（zēng）加刀具數量時（shí），隻需增加鏈條的長度即（jí）可，給刀（dāo）庫設計與製造帶來了方便。

2.刀具（jù）的選（xuǎn）擇方式

一般的刀庫內存放有多（duō）把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序（xù）選刀和任意選刀兩種，順序選刀是在加（jiā）工之前，將加工（gōng）零件所需刀具按照工藝要求（qiú）依次插入刀庫的刀套中（zhōng），加工是按順序調刀，加工不同（tóng）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，這種方式適合（hé）加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的（de）自動換刀。

隨（suí）著數控係統的發展，目（mù）前大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其分為（wéi）刀套編碼、刀具編碼（mǎ）和記憶式等三種。

3.刀具編碼方式

刀具編（biān）碼或刀套編碼需要在刀具（jù）或（huò）刀套上安裝用於識別的（de）編碼條，一般都是根據二進製（zhì）編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用（yòng）了一（yī）種特殊（shū）的刀柄結構，並（bìng）對每把刀具編碼。每把刀具（jù）都具有自（zì）己（jǐ）的代碼，因而（ér）刀具可在不同的工序中多（duō）次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀（dāo）庫的容（róng）量也可相應減少。但每把（bǎ）刀具上都（dōu）帶有專用的編碼環（huán），刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械（xiè）手的結（jié）構變複雜。刀套（tào）編碼的方式是一把（bǎ）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同一（yī）刀套中（zhōng），取送刀具十分麻煩，換刀時間長（zhǎng）。目前（qián）在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記（jì）憶在數控係統的PLC中（zhōng），無論刀具放在哪個刀套（tào）內，刀具信息都始終（zhōng）記存在PLC內。刀（dāo）庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位（wèi）置信息。這樣刀具就可以任意取出並（bìng）送回。刀庫上還設有（yǒu）機械原（yuán）點，使每次（cì）選刀時就近選取。

三（sān）、刀具交換裝置

數控機床的自動（dòng）換刀裝置中，實現刀庫與機床主（zhǔ）軸之間傳遞和裝卸刀（dāo）具的裝置稱為刀具交換裝（zhuāng）置。刀具的交（jiāo）換方式有兩種（zhǒng）：由（yóu）刀庫與機床（chuáng）主軸（zhóu）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，然後再從刀庫中取出新（xīn）刀（dāo）具，兩個（gè）動作不能同時（shí）進行（háng），換刀時間較長。而（ér）采用機械手（shǒu）換刀裝置在換刀時（shí）能夠（gòu）同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一（yī）步縮短。采用機（jī）械手進行（háng）刀具交換的方式應用最廣泛（fàn）。這（zhè）是因為機械手換刀靈活，動作快（kuài），而且結構簡單。機械手（shǒu）能夠完成抓刀—拔（bá）刀—回轉（zhuǎn）—插刀—返回等一係列（liè）動（dòng）作。為了防止刀具掉落，機械手（shǒu）的（de）活動爪都帶有自（zì）鎖機構（gòu）。