数控机床的自动换刀装（zhuāng）置，你认（rèn）识几种？

数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序，缩短辅助时间，减少多次安装工件所引（yǐn）起的误差，必须带有自动换刀装置。自动换刀装置应当满足换刀时间短（duǎn）、刀具重复定位精度高（gāo）、刀具储存量足够、刀库占地面（miàn）积小以及安全可靠等基本（běn）要（yào）求。

一、自动换刀装置的形式

1．回转刀架换刀

回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。可（kě）以设计成四方刀（dāo）架、六角刀架（jià）或圆盘（pán）式轴向装刀刀架等（děng）多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控（kòng）装置的（de）指令换刀。

回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切（qiē）削抗力。由于（yú）车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位（wèi）置，对于数（shù）控车床来说，加工过程中（zhōng）刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选（xuǎn）择可靠的定位（wèi）方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度（一般为0.001～0.005mm）。

一般情况下，回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧等。

2．更换主轴头换刀（刀具旋转为主运动）

更换主轴换刀是带（dài）有旋转刀具的数控（kòng）机床的（de）一种比较简单的换（huàn）刀（dāo）方式。这种主轴头实际上就

是一个转塔刀库。

主轴头有卧式和立式两种，通常用（yòng）转塔的转（zhuǎn）位（wèi）来更（gèng）换主轴头（tóu），以实现自动换刀。在转塔的各个主（zhǔ）轴上，预先安装有各工序所需要的旋转刀具，当发出换刀指令（lìng）时，各主轴头依次地转到（dào）加工位置，并接通主运动，使相（xiàng）应的主轴带动刀具旋（xuán）转。而其它处于不加工（gōng）位置上的主轴都与主运动脱开。

这种更换主轴换刀装置，省去（qù）了自动松、夹、卸刀、装刀以及刀具搬运等（děng）一系列的（de）复杂操作，从而缩（suō）短（duǎn）了换刀时间，并提高了换刀（dāo）的可靠性。但是由于空间位置的限制，使主轴部件结构尺寸不能太大，因而（ér）影响了主轴系统的刚（gāng）性。为了保（bǎo）证主轴的刚（gāng）性，必须限制（zhì）主轴的数目，否则会使结构尺寸增大。因此，转塔主轴头通常（cháng）只适用于工序较少、精度要求不太高的机床，例如数控钻、铣床等。

3.带（dài）刀库的自（zì）动换刀系统

由于回转刀架（jià）、转塔头式（shì）换刀装置容（róng）纳的刀具（jù）数量不能太多，不能满（mǎn）足复杂零件的加工需要（yào），因此，自动换刀数控机床多采用带刀库的（de）自动换刀装置。带刀库的自动换刀装置由刀库和换刀机构组成（chéng），换刀过程较为复杂。首先要把加工过程中使用的全部（bù）刀具分别安（ān）装在标准刀柄上，在机外进行尺寸预（yù）调整后，按一定的方式放入刀库。换（huàn）刀时，先（xiān）在刀（dāo）库中选刀，再由换刀装置从刀（dāo）库或主轴上取出刀具，进行交换，将新刀装入主轴（zhóu），旧刀（dāo）放回（huí）刀（dāo）库。刀库（kù）具有较大的容量，既可安装在（zài）主轴箱的侧面或上方。由（yóu）于（yú）带（dài）刀库的自动换刀装置的数控机床（chuáng）的主轴箱内只有一根（gēn）主轴，主轴部（bù）件的刚度要（yào）高，以满足精密加（jiā）工要求。

另外，刀库（kù）内刀具数量较大，因而能够进行复杂零件的多工序加工，大大提高了机床（chuáng）的适应性和加工效率。带刀库的自动换刀系统适用于数控钻削中心和加工中心。

二、刀库和刀具的（de）选择方式（shì）

1.刀库类型

刀库的作用是储备一定数量的刀（dāo）具，通过机（jī）械手实现与主轴上刀具的互换。刀库的（de）类型有盘式（shì）刀库、链式刀库等多种形式，刀库的形式和容量（liàng）要根据机床的工艺范围来确定。图（tú）7-16所示的盘（pán）式（shì）刀库（kù），刀具（jù）的方向与主轴同向，换刀时主轴箱上升到一定的位置，使（shǐ）主轴上的刀具正好对准刀库最下面的那个位置，刀（dāo）具被夹（jiá）住，主轴在CNC的控制下，松开刀柄，盘式刀库向前运动，拔出主轴上的刀具，然后刀（dāo）库将下一个工序所用的刀（dāo）具旋转至与主轴对准的位置，刀（dāo）库后退（tuì）将（jiāng）新（xīn）刀具插入（rù）主轴孔中，主轴夹紧刀柄，主轴箱下降到工作位置，完成（chéng）换刀任务，进行下道工序的加工。此换刀装置的优点是结构（gòu）简单，成本较低，换刀可靠（kào）性较好（hǎo）；缺点是（shì）换刀时（shí）间长，适用（yòng）于刀库容量较（jiào）小的加（jiā）工中心。

对于刀库容量需要较大的加工中心可采用链式刀库（图7-17），链式刀库的结（jié）构紧凑，刀库容量较大，链环（huán）的（de）形状可根据（jù）机床的布局制成各种形状，也可将换刀位（wèi）突出以便于换（huàn）刀。当需要增加刀具（jù）数量时，只（zhī）需增加链条的长度即可，给刀库设计与制造带（dài）来了方便。

2. 刀具的选择方式（shì）

一般的（de）刀库内存放有多把刀具，每次（cì）换刀前要（yào）进行选刀，常用的选刀方法有顺序选刀和任意 选刀两种（zhǒng），顺序选刀是在加工之前，将加工零件（jiàn）所需刀具按照工艺（yì）要求依次插入刀库的刀套中，加工是按顺序调刀，加工（gōng）不（bú）同的（de）工件时必须重新调（diào）整（zhěng）刀库中（zhōng）的刀具顺序。其优（yōu）点（diǎn）是刀库的驱动和控制都比较简单。因（yīn）此，这种方式（shì）适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型数控机床的自动换刀。

随着数控系统的发展，目前大多数的（de）数控系统都采（cǎi）用任意选刀（dāo）的方式，其分为刀套编（biān）码、刀具编码和记忆式等三种。

3. 刀具（jù）编码方式

刀（dāo）具编码或刀套编码需要在刀具或刀套上安装用于识别的（de）编码条，一般都是根据二进制编码（mǎ）的原理进行编码。刀具编码选刀方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具编码（mǎ）。每把刀具都具有自己的代码，因而刀具可在不（bú）同的工序（xù）中多次重复使用，换下的刀具不用放回原刀座，刀库的容量也（yě）可相应减少。但每把刀具上都带有专用的编码环，刀具长度加长，制造困难，刀库和机（jī）械手的结构变复杂。刀套编（biān）码的方式是一把（bǎ）刀具只对应一个刀套，从一个刀套中取出的刀具必须放回同一刀套中，取送刀具十（shí）分麻烦，换刀时间长。目前在加工中心上大量使用记（jì）忆式的方式。这种方式能将（jiāng）刀具号和刀库中（zhōng）的刀套位置对应地记忆在数控系统的PLC中，无论（lùn）刀（dāo）具放在哪个刀套内，刀具信息都（dōu）始终记存在PLC内。刀（dāo）库上装有位置检测装置，可获得每个刀套的位（wèi）置信息。这样刀具就可以任意取出并送回。刀库上（shàng）还（hái）设有机（jī）械原点，使每次选刀（dāo）时就近选取。

三、刀具交换装置

数控机床的（de）自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间（jiān）传递和装卸刀具（jù）的装置称为刀（dāo）具交换装置。刀具（jù）的（de）交换方式有两种（zhǒng）：由刀库与机床（chuáng）主轴的相（xiàng）对运动实现（xiàn）刀具交换以及采用机械手交换刀具。利用刀（dāo）库与机床主轴的相对运动实现（xiàn）刀具交换的装（zhuāng）置在换刀时必须（xū）首先将用过的刀具送回刀库，然后（hòu）再从刀库中取出新刀具（jù），两个动作（zuò）不能同时进行，换刀时间较长。而（ér）采用机械（xiè）手换刀装置在换刀时能够同时抓取和装卸机床主轴和刀库中的刀具，因此换刀时间进一步（bù）缩短。采用机械手进行刀（dāo）具交换的方式应用最广泛。这是因为机械手换刀（dāo）灵活，动作快，而且结构简单。机械手能够完成抓刀—拔刀（dāo）—回（huí）转（zhuǎn）—插刀—返回等一系列动作。为了防止刀具（jù）掉（diào）落，机械手的活（huó）动爪都带有自锁机构。