​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種（zhǒng）？

　　

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

 

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉（zhuǎn）刀架換刀（dāo）

回轉（zhuǎn）刀（dāo）架是一種最簡單的（de）自動（dòng）換刀裝（zhuāng）置，常用於數控車（chē）床。可以設計成四方刀架、六角刀架（jià）或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形（xíng）式。回轉刀架上分別安裝著（zhe）四把（bǎ）、六把或更多的刀具，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（de）強度和剛度，以（yǐ）承受粗（cū）加工時的切削抗力。由於車削加工精度在（zài）很大（dà）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進行人工調整，因此更（gèng）有必要選（xuǎn）擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉（zhuǎn）刀架在每次轉（zhuǎn）位之後，具有盡可能高的重複定位精度（dù）（一般為（wéi）0.001～0.005mm）。

一般情況下，回（huí）轉刀架（jià）的（de）換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位（wèi）及刀架壓緊等。

2．更（gèng）換主軸頭換（huàn）刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具（jù）的數控機床的一種比較（jiào）簡單的換刀（dāo）方（fāng）式。這種主軸頭實際上就

是一（yī）個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常（cháng）用轉（zhuǎn）塔的轉位來更（gèng）換主軸頭（tóu），以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸（zhóu）上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當（dāng）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（suō）短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限（xiàn）製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響（xiǎng）了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結（jié）構尺（chǐ）寸增大（dà）。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太（tài）高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架（jià）、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量（liàng）不能太（tài）多，不能滿足複雜零件的加工需要，因（yīn）此，自動換刀數控機床多采用帶（dài）刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置由刀庫和換刀（dāo）機構組（zǔ）成，換刀過程較為（wéi）複（fù）雜。首先要把加工過程中使用的全部（bù）刀具（jù）分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後（hòu），按（àn）一定的方式放入刀庫。換（huàn）刀時，先在刀庫中選刀，再（zài）由換刀裝置從刀庫或主軸上取出（chū）刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回（huí）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。由於帶（dài）刀庫的自動換刀裝置（zhì）的數控機床的主軸箱內隻有一（yī）根（gēn）主軸，主軸（zhóu）部件的剛度要高，以滿足（zú）精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行（háng）複雜零件（jiàn）的多工（gōng）序加工，大大提（tí）高了機床（chuáng）的適應性和加（jiā）工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於（yú）數（shù）控鑽削中心和加工中心。

 

二、刀庫和（hé）刀具的選擇方式

1.刀（dāo）庫類（lèi）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（shàng）刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫（kù）、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的（de）形式和容量要根據機床的工藝範圍（wéi）來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向（xiàng），換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上（shàng）的刀具正好對準刀庫最下麵的（de）那個位置，刀具被夾住，主軸（zhóu）在CNC的控（kòng）製下，鬆開刀（dāo）柄，盤式刀庫向前運動（dòng），拔出主軸上的刀具，然後刀庫將（jiāng）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，主軸夾緊刀柄，主軸箱（xiāng）下降到工作（zuò）位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工（gōng）。此換刀裝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（yú）刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大（dà）的（de）加（jiā）工中心（xīn）可采（cǎi）用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫（kù）容量較大，鏈環的形狀可（kě）根據機床（chuáng）的布局製成各種形狀（zhuàng），也可將換（huàn）刀（dāo）位突出以便於（yú）換刀。當需要增加刀（dāo）具（jù）數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與（yǔ）製造帶來了方便。

2. 刀（dāo）具的選擇（zé）方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，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，將加工零件（jiàn）所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加（jiā）工是按順序調刀，加工不（bú）同的工件（jiàn）時必須重新（xīn）調整刀庫中（zhōng）的（de）刀具順序。其優點是（shì）刀庫的驅動和控製都比較簡單（dān）。因此（cǐ），這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機（jī）床（chuáng）的自動換刀。

隨著數控係統（tǒng）的發展，目前大多數的數控係（xì）統都采用任意選刀（dāo）的方式，其分為刀套（tào）編（biān）碼、刀具編碼和記憶式等三（sān）種。

3. 刀（dāo）具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於（yú）識別的（de）編碼條，一般都是根據二進製編碼的（de）原理進行編碼。刀具編碼選刀方式（shì）采用了（le）一種特殊的刀柄結構，並對每（měi）把（bǎ）刀具（jù）編碼（mǎ）。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，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容（róng）量也（yě）可（kě）相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環（huán），刀具長度加長，製造困（kùn）難，刀庫和機械手的（de）結構變（biàn）複雜。刀（dāo）套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，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。這（zhè）種方式能將刀具（jù）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（jù）放在哪（nǎ）個刀套內，刀具信（xìn）息都始終記存在PLC內。刀（dāo）庫（kù）上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套（tào）的位置信息（xī）。這樣刀（dāo）具就可以任意取出並送回。刀（dāo）庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選取。

 

三、刀具交（jiāo）換（huàn）裝置

數（shù）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具的裝置稱為刀具交換裝置。刀（dāo）具的交換方式有（yǒu）兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現（xiàn）刀具交換以及采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主（zhǔ）軸的相對運動實（shí）現刀具交換（huàn）的裝（zhuāng）置在換（huàn）刀時必須首（shǒu）先將用過的刀具送回刀庫，然後再（zài）從刀（dāo）庫中取出（chū）新刀具（jù），兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采（cǎi）用機械手（shǒu）換刀裝置在換刀時能夠同（tóng）時抓取和裝卸（xiè）機床主軸和刀庫中的刀具（jù），因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的（de）方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動（dòng）作（zuò）快（kuài），而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回（huí）轉—插刀—返回等一（yī）係列動作。為了（le）防止刀具掉落，機（jī）械手的（de）活動爪都帶有自鎖（suǒ）機構。