​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

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數控機床為了能在工（gōng）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（gōng）件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置（zhì）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（dì）麵積（jī）小以及（jí）安全可靠等基本（běn）要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種（zhǒng）形式。回轉（zhuǎn）刀架上分別安裝著四把、六把或更（gèng）多的刀具，並按數控裝置的（de）指令換刀。

回轉刀架（jià）在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的（de）切削抗（kàng）力。由於車削（xuē）加工精度在（zài）很大（dà）程度上取決（jué）於刀尖位置，對於數（shù）控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更（gèng）有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架（jià）在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀（dāo）具旋轉為主（zhǔ）運動）

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

是（shì）一個轉塔刀庫。

主（zhǔ）軸頭有臥式和立式兩種（zhǒng），通常（cháng）用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換（huàn）刀。在轉塔的各個主軸上（shàng），預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位置上（shàng）的主軸都（dōu）與主運動脫開。

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作，從而縮短了換（huàn）刀時間，並提高（gāo）了換刀的可靠（kào）性。但是由於空間位置的（de）限製，使主（zhǔ）軸部件結構尺寸不能太大，因而影（yǐng）響了主軸係統的剛性。為了保（bǎo）證主軸的剛性，必須限製主（zhǔ）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少、精度要求不太高（gāo）的機床，例如（rú）數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量（liàng）不能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀（dāo）數控機床多（duō）采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的（de）自動（dòng）換刀裝置由刀庫（kù）和換刀機構組（zǔ）成，換刀過程較為複雜。首先要把加（jiā）工過程中使用的全部（bù）刀具分別安裝在標準刀柄上（shàng），在機外進行尺寸預調整後，按一（yī）定的方式放入刀庫（kù）。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝（zhuāng）置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新（xīn）刀裝入主軸，舊刀放回（huí）刀庫。刀庫具（jù）有較大的容（róng）量，既（jì）可安裝在主軸箱的側麵或上方（fāng）。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主（zhǔ）軸箱內隻有一根主軸，主軸（zhóu）部件的剛（gāng）度要高，以滿足精密加工要求（qiú）。

另外，刀庫內刀具數量（liàng）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（chuáng）的適應性和加工效率。帶刀庫（kù）的自動換刀係統適（shì）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（kù）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（jù）的互換。刀庫（kù）的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，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，換刀時主軸箱上升到一（yī）定（dìng）的位置，使主軸（zhóu）上的（de）刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸（zhóu）在CNC的控製（zhì）下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前（qián）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轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具插入主（zhǔ）軸孔中，主（zhǔ）軸（zhóu）夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完（wán）成換刀（dāo）任務，進行下道工序的加（jiā）工。此換刀裝置的優點是結構（gòu）簡單，成本較低，換刀可靠性較（jiào）好；缺點是換（huàn）刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖（tú）7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，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（yě）可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀（dāo）具數量時，隻需（xū）增加鏈（liàn）條的長度即（jí）可，給刀庫（kù）設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放（fàng）有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常（cháng）用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在（zài）加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依（yī）次插入刀庫的刀套中，加工是按順（shùn）序調刀，加（jiā）工不同的工件時必須重新調整刀庫中（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較大、工件品種數量較少（shǎo）的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數（shù）控係統（tǒng）的發展，目前大多數的數控係統都采用任意選（xuǎn）刀的（de）方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三（sān）種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼（mǎ）或刀套（tào）編碼需要在刀具（jù）或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都（dōu）是根（gēn）據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼（mǎ）。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（jù）不用放回原（yuán）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（dù）加長，製造困難，刀庫和機械手的（de）結構變複（fù）雜。刀套編碼（mǎ）的（de）方式是一把刀具隻（zhī）對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀（dāo）具十分麻煩，換（huàn）刀時間（jiān）長。目前在加（jiā）工中（zhōng）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（de）刀套（tào）位置對應地記憶在數控係統的PLC中（zhōng），無論刀具（jù）放（fàng）在（zài）哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上（shàng）裝（zhuāng）有位置檢測裝置，可獲得每個刀套（tào）的（de）位置信息。這樣刀（dāo）具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀（dāo）具交換裝置（zhì）

數控（kòng）機床的自動換刀裝（zhuāng）置中，實（shí）現刀庫與機床主軸之（zhī）間傳遞和裝卸（xiè）刀具（jù）的裝置稱為刀具（jù）交換裝置。刀具（jù）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采用（yòng）機械手交換刀具。利（lì）用刀庫（kù）與機床主軸的相對運動實現（xiàn）刀具交換的（de）裝置在換刀時（shí）必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具（jù），兩個動作不能同時進行（háng），換刀時間較長。而采用機（jī）械手換刀裝置（zhì）在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的（de）刀具（jù），因此換刀時間進一步縮短。采用機（jī）械手（shǒu）進行刀具交換（huàn）的方式應用最廣泛。這是（shì）因為（wéi）機械手換（huàn）刀靈活，動作快，而且結構簡單（dān）。機械手（shǒu）能夠完成抓刀—拔（bá）刀—回轉—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（zhǎo）都帶有自鎖機構。