數控機床的自動換刀裝置，你認（rèn）識幾種？

數控機床為了（le）能在工件一（yī）次裝夾中完成多道加工工（gōng）序，縮短輔助時（shí）間，減少多次安裝（zhuāng）工件（jiàn）所引起的誤差，必須帶有自動換（huàn）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、刀具儲存量足夠、刀庫占（zhàn）地麵積小以及安（ān）全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉（zhuǎn）刀架是一種最簡單的自動換刀（dāo）裝置（zhì），常用於數控車床。可以設計（jì）成（chéng）四方（fāng）刀架、六（liù）角刀架或圓盤式軸向（xiàng）裝刀刀架等多種形式。回（huí）轉刀架上（shàng）分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換（huàn）刀。

回轉刀架在結構上必（bì）須具有良好的強度和剛（gāng）度（dù），以（yǐ）承受（shòu）粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度（dù）在很（hěn）大程度上取（qǔ）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（háng）人工調整，因此更有必要選擇（zé）可靠的定位（wèi）方案和合（hé）理的（de）定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有（yǒu）盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般（bān）情況下，回轉刀架的換（huàn）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（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的一（yī）種比較簡（jiǎn）單（dān）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（shì）和立式兩種，通常用轉塔的轉位（wèi）來更換主軸頭，以實現自（zì）動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安（ān）裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸（zhóu）頭依次（cì）地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋（xuán）轉。而其它處於不加工位置上的主軸都（dōu）與主運動脫開。

這（zhè）種更換主軸換刀裝置，省去（qù）了（le）自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等（děng）一係列的複（fù）雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但（dàn）是由於空間位置（zhì）的限（xiàn）製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為（wéi）了保證主軸（zhóu）的剛性，必須（xū）限（xiàn）製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不（bú）太高的機（jī）床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係（xì）統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太（tài）多，不能滿足複（fù）雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自（zì）動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀（dāo）庫和（hé）換刀機構組成，換刀過程較（jiào）為複雜。首先（xiān）要把加（jiā）工過程中使用的全部刀具分（fèn）別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的（de）方式放入刀庫。換刀時，先在（zài）刀庫中選刀，再由換刀（dāo）裝置從刀庫或主軸上（shàng）取出刀具，進行交（jiāo）換，將新刀裝入主（zhǔ）軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的（de）側麵或上方。由（yóu）於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機（jī）床的主軸箱（xiāng）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（kù）內刀具數量（liàng）較大，因而能夠（gòu）進行複雜零件的（de）多工序加工，大大提高了機床的（de）適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中（zhōng）心（xīn）和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型（xíng）

刀庫的作用是（shì）儲備一（yī）定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的（de）互（hù）換。刀（dāo）庫（kù）的類型有盤（pán）式刀庫、鏈式刀庫等多種（zhǒng）形式，刀庫的形式和（hé）容量（liàng）要根據機床的工藝範圍來確（què）定。圖7-16所示的盤式（shì）刀庫，刀具的方向與（yǔ）主軸同（tóng）向，換（huàn）刀時主軸箱上升到一定的（de）位（wèi）置，使主軸（zhóu）上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個（gè）位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀（dāo）柄，盤式刀庫向前運動（dòng），拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具（jù）旋轉（zhuǎn）至與主軸對準（zhǔn）的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中（zhōng），主（zhǔ）軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀（dāo）可靠性較（jiào）好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫（kù）容量需要（yào）較大的加工中心可（kě）采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的（de）結構緊湊，刀庫容量（liàng）較大，鏈環的形狀可（kě）根（gēn）據機床的布局製（zhì）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，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般（bān）的刀庫內存放（fàng）有（yǒu）多把（bǎ）刀具，每次換刀前要進行選刀（dāo），常用的選刀（dāo）方法有順序選（xuǎn）刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀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（de）工件時必須重新調（diào）整刀（dāo）庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因（yīn）此，這（zhè）種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中（zhōng）、小（xiǎo）型數控機床的自動（dòng）換刀（dāo）。

隨著（zhe）數控係統的發展，目前大多數的數控係統（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（sān）種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼（mǎ）或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識別的編（biān）碼條，一般都是根（gēn）據二進製編碼的原理進行編碼。刀具（jù）編碼選刀方式采用了（le）一種特（tè）殊的刀柄結（jié）構，並對每（měi）把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因（yīn）而刀具可在不同的工序中多次（cì）重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀（dāo）具上都（dōu）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。刀套編碼的方式是一把刀具隻（zhī）對應一個刀套，從一個刀套中取出（chū）的刀（dāo）具必須放（fàng）回同一刀套中，取送刀具十分（fèn）麻煩，換刀（dāo）時間長。目前在（zài）加工中心上大量（liàng）使用記憶式的方式。這種方式能（néng）將刀具（jù）號和刀庫（kù）中的刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀（dāo）具放在哪個刀（dāo）套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀（dāo）庫上裝有（yǒu）位（wèi）置檢測裝置，可獲得每（měi）個刀套的位置信息。這樣（yàng）刀具就可以（yǐ）任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次（cì）選刀（dāo）時就近（jìn）選取。

三（sān）、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床（chuáng）主軸之間傳遞和裝卸（xiè）刀具的裝置稱（chēng）為刀具交換裝置（zhì）。刀具的交換方式有兩（liǎng）種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及（jí）采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對（duì）運動實現刀具（jù）交換的裝置在換刀（dāo）時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新（xīn）刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采（cǎi）用機械手換刀裝置（zhì）在換刀（dāo）時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中（zhōng）的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀（dāo）具交換的方（fāng）式應用最廣泛。這是因（yīn）為機械手換刀靈活，動作快，而且（qiě）結構（gòu）簡單。機械手能夠完成抓（zhuā）刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機（jī）械手的活動爪都帶有自鎖機構。