數控機床的自（zì）動換刀裝置，你認識幾種（zhǒng）？

數控機床為了能在工件一次（cì）裝夾中完（wán）成多道加工工序，縮（suō）短輔助時間，減少多次安裝工件所（suǒ）引起的誤差，必須帶有自動換（huàn）刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換（huàn）刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀（dāo）庫占地麵積小以及安全可靠等基本（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（shù）控車床。可以設計成四方刀架、六（liù）角刀架（jià）或圓盤式（shì）軸向裝刀刀架等多種（zhǒng）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（de）指令換（huàn）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（zài）很大程度上取（qǔ）決於刀尖位置，對於數控車床來說（shuō），加工過程中（zhōng）刀具（jù）位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可（kě）靠的定位方案和合（hé）理的定（dìng）位結構（gòu），以保證回（huí）轉刀架在（zài）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（huí）轉（zhuǎn）刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架（jià）轉位及刀架壓緊（jǐn）等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更（gèng）換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數（shù）控機床的一種比較（jiào）簡（jiǎn）單的換刀（dāo）方式。這種主軸頭實際上就

是一個轉塔刀（dāo）庫。

主（zhǔ）軸頭有臥式和（hé）立（lì）式兩種（zhǒng），通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個（gè）主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發（fā）出換刀指令時，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（jù）旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

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，從而縮短了換刀時間，並提（tí）高了換刀的（de）可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不（bú）能太大，因而影響了主（zhǔ）軸係統的剛（gāng）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（gòu）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（qiú）不太高的（de）機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自（zì）動換刀係統

由於（yú）回轉刀架、轉（zhuǎn）塔頭式換刀裝置容納的刀具（jù）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（yòng）帶刀庫的自動（dòng）換刀（dāo）裝置（zhì）。帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀（dāo）機構組成，換（huàn）刀過（guò）程較為複雜（zá）。首先（xiān）要把加工過程中使用的全（quán）部刀具分別（bié）安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換（huàn）刀裝置從刀庫或主軸（zhóu）上取出（chū）刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量（liàng），既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的（de）自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有（yǒu）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（kù）內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件（jiàn）的多工序加（jiā）工，大大提高了機床的適應性和加工（gōng）效率。帶（dài）刀庫的自動換刀（dāo）係統適用於數控（kòng）鑽（zuàn）削中心（xīn）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，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。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（pán）式刀（dāo）庫，刀（dāo）具（jù）的方向與主軸同向（xiàng），換（huàn）刀時主軸箱上升到一定的位置，使主（zhǔ）軸上的刀具正好（hǎo）對準刀庫最下麵的（de）那個位（wèi）置，刀具被夾（jiá）住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄（bǐng），盤式刀庫向前運動，拔出主（zhǔ）軸上的刀具，然後刀庫將（jiāng）下一個（gè）工序所用的刀具（jù）旋轉至與主軸（zhóu）對準（zhǔn）的位置，刀（dāo）庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀（dāo）柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行（háng）下道工序的加工。此換刀裝置的（de）優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是（shì）換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工（gōng）中心（xīn）。

對於（yú）刀庫容量需要較大的加（jiā）工中心可采（cǎi）用鏈式刀庫（圖7-17），鏈（liàn）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（zhǒng）形狀，也可將換刀位突出（chū）以便於換刀。當（dāng）需要（yào）增（zēng）加刀具（jù）數量時（shí），隻需增加鏈（liàn）條的（de）長度即可，給刀庫設（shè）計與製造帶（dài）來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫（kù）內存放有多把刀具，每次換刀（dāo）前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀（dāo）和任（rèn）意 選刀兩（liǎng）種，順序（xù）選刀是在加工之前，將加工零件（jiàn）所需（xū）刀（dāo）具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重新調（diào）整刀庫中的刀具順（shùn）序。其優點是（shì）刀（dāo）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（jiàn）品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目（mù）前大（dà）多數的數控係統（tǒng）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. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在（zài）刀（dāo）具或刀套上安裝用於識別的（de）編碼條，一般都（dōu）是根據二（èr）進製（zhì）編碼的（de）原理進行編（biān）碼。刀具編碼選刀方式采用了一（yī）種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有（yǒu）自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複（fù）使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減（jiǎn）少（shǎo）。但每把刀具上都帶有專用的編（biān）碼環，刀具長度加長，製（zhì）造困難，刀庫（kù）和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把（bǎ）刀具隻（zhī）對（duì）應（yīng）一個（gè）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。這種方式能將刀具（jù）號和刀庫中的刀套（tào）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內，刀具信息都始終記存在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。這樣刀具就可（kě）以任（rèn）意取出並送回。刀庫（kù）上還（hái）設有機（jī）械原點，使每次選刀時就（jiù）近選（xuǎn）取。

三、刀（dāo）具（jù）交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫（kù）與機床（chuáng）主軸（zhóu）之（zhī）間傳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（dāo）庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及（jí）采用機械手交換（huàn）刀具。利用刀庫與機床主（zhǔ）軸的相對運動實現刀具交（jiāo）換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然（rán）後再從刀庫中取出新刀具，兩（liǎng）個動作不能（néng）同時進（jìn）行，換刀（dāo）時（shí）間較長。而采用（yòng）機械手換（huàn）刀裝置在換刀時能夠同時（shí）抓取和（hé）裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步（bù）縮短。采用機械手進（jìn）行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換（huàn）刀靈活，動作（zuò）快，而且結構簡單。機械手能夠完（wán）成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列（liè）動（dòng）作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪（zhǎo）都帶有自鎖機（jī）構。