數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種（zhǒng）？

數控機床（chuáng）為了能（néng）在工件一次裝夾中完成多（duō）道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起（qǐ）的誤差，必（bì）須帶（dài）有自動（dòng）換刀裝置。自動換刀裝（zhuāng）置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具（jù）儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一（yī）、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（zì）動換刀裝置，常用於數控車（chē）床。可以設計（jì）成四方刀架、六角（jiǎo）刀（dāo）架或圓（yuán）盤式軸向裝刀刀架等（děng）多種形式。回轉刀架上（shàng）分別安裝著四把、六把或更多的（de）刀具，並按數控裝置的指令（lìng）換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的（de）強度和剛度，以承受粗（cū）加工（gōng）時（shí）的切削抗力（lì）。由於（yú）車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於（yú）數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人（rén）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（bǎo）證回轉刀（dāo）架在每次轉位之後，具有（yǒu）盡可（kě）能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一（yī）般情況（kuàng）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（刀具旋轉為主運（yùn）動）

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

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式（shì）兩種，通（tōng）常用轉塔的（de）轉位來更換主軸頭，以實現（xiàn）自動換刀。在轉塔（tǎ）的各個主軸上，預先（xiān）安裝（zhuāng）有各（gè）工序所需要的（de）旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸（zhóu）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（jù）旋轉。而其（qí）它處於不加工位置上（shàng）的主軸都與主運動脫（tuō）開。

這種更換主軸換刀裝置（zhì），省去了自動鬆、夾（jiá）、卸刀、裝刀以及刀具搬（bān）運等一係列的複雜操作，從而縮短了（le）換刀時間，並提高了換刀的可（kě）靠性。但是由於空間位（wèi）置的限製，使主（zhǔ）軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統（tǒng）的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻（zhī）適用（yòng）於工序較（jiào）少、精度要（yào）求不太高的機床，例如數（shù）控（kòng）鑽、銑床等。

3.帶（dài）刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭（tóu）式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜零（líng）件的加工需要，因此，自動換刀數（shù）控機床（chuáng）多（duō）采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的（de）自動（dòng）換刀裝置由刀庫和換刀（dāo）機構組成，換刀過程較為複雜（zá）。首先要把加（jiā）工過程中使用的全部刀（dāo）具分（fèn）別（bié）安裝在標準（zhǔn）刀柄上，在機外進行尺寸預（yù）調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中（zhōng）選刀，再由換刀（dāo）裝置從刀庫或主軸上取出（chū）刀具，進行交換，將新（xīn）刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具（jù）有較大的容量，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的（de）主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具（jù）數（shù）量較大，因（yīn）而能夠進行複雜零件的多工序（xù）加工，大大提高了機床的適應性（xìng）和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和（hé）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。刀庫的類型有盤式（shì）刀庫、鏈式刀庫等多種形式（shì），刀庫的形式和（hé）容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示（shì）的盤式刀庫，刀具（jù）的方（fāng）向與（yǔ）主軸同向，換（huàn）刀時主軸箱上升到（dào）一定的（de）位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫最（zuì）下麵的那個位（wèi）置，刀具被夾（jiá）住，主軸在CNC的控（kòng）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（gōng）序所用的刀具旋（xuán）轉至與主軸（zhóu）對準的位置，刀庫後退將（jiāng）新刀具插（chā）入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱（xiāng）下降到工作位置，完成換（huàn）刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝（zhuāng）置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心（xīn）。

對於刀庫容量需要較大的加工中（zhōng）心可采用鏈式刀庫（圖（tú）7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀（dāo）庫容量較大，鏈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。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀（dāo）庫設計與（yǔ）製造帶來了方便。

2. 刀（dāo）具的選擇方（fāng）式（shì）

一般的刀庫內（nèi）存放有多把刀（dāo）具（jù），每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將（jiāng）加工零件所需刀具按照（zhào）工藝要求依次插入（rù）刀庫的刀套中，加工是按順序調（diào）刀，加工不同的（de）工件時必須重新調整（zhěng）刀庫（kù）中的刀具順序。其優點是刀庫（kù）的驅動和（hé）控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大（dà）、工件品（pǐn）種數量較少的中（zhōng）、小型數控機床的自動換刀。

隨著數（shù）控係（xì）統的發展，目前大多數的（de）數控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編（biān）碼方（fāng）式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀（dāo）套上安裝用於識別（bié）的編碼條，一般都（dōu）是（shì）根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了（le）一（yī）種特殊的刀柄結構，並（bìng）對每把刀具編碼。每（měi）把刀具都具有自己的代碼，因而刀具（jù）可在不同的工序中（zhōng）多次重複（fù）使（shǐ）用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫（kù）的（de）容量也可相應減少。但每把（bǎ）刀具上（shàng）都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的（de）方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套（tào）中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時（shí）間長。目前在加（jiā）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憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套（tào）內，刀具信息（xī）都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測（cè）裝置，可獲（huò）得每個刀套的位置信（xìn）息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有（yǒu）機械原點，使每次選刀時（shí）就（jiù）近選（xuǎn）取（qǔ）。

三、刀具交換裝置

數控機床的自（zì）動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳（chuán）遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的（de）相對運動實現刀具（jù）交換以及采用機械手交換刀具（jù）。利用刀庫與機床主軸（zhóu）的相對運動實現刀具交（jiāo）換的裝置在換刀（dāo）時必須首先將用過的刀具送（sòng）回刀庫，然後再從刀庫（kù）中取出新刀（dāo）具（jù），兩個動作不（bú）能同時進行，換刀時間較長。而采用機（jī）械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為（wéi）機械手換刀靈活，動作快，而且結（jié）構簡（jiǎn）單。機械手能夠（gòu）完成抓刀—拔刀—回轉—插刀（dāo）—返回等一係列動（dòng）作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖（suǒ）機構。