​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

　　

數控機床為（wéi）了（le）能（néng）在工（gōng）件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多（duō）次安（ān）裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀（dāo）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（cún）量足夠、刀庫占地麵（miàn）積小以及安全可靠等基本要求。

 

一、自動換刀裝（zhuāng）置的形式

1．回轉刀（dāo）架換刀

回（huí）轉刀架是一種最簡（jiǎn）單的自動換刀（dāo）裝置，常用於數控車床。可以設（shè）計成四方刀架、六角刀架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、六把或（huò）更多的刀（dāo）具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構（gòu）上（shàng）必須具有良好（hǎo）的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由（yóu）於車削加工（gōng）精度在很大程（chéng）度上取決於刀尖位置，對（duì）於數控車床（chuáng）來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理（lǐ）的定位結構，以（yǐ）保證回轉刀（dāo）架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（dù）（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起（qǐ）、刀架轉位及刀架壓緊等（děng）。

2．更換主軸（zhóu）頭換刀（刀具旋轉（zhuǎn）為主（zhǔ）運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉（zhuǎn）刀具的數控機（jī）床的（de）一種比較簡單的換刀方式（shì）。這種主軸頭實際上就（jiù）

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩（liǎng）種，通（tōng）常用轉塔的轉位來（lái）更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有各工（gōng）序（xù）所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時（shí），各主軸頭依次（cì）地（dì）轉到（dào）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（dòng）鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運（yùn）等一係列（liè）的複雜（zá）操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由（yóu）於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影（yǐng）響了主軸（zhóu）係統的（de）剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製（zhì）主軸的數目（mù），否（fǒu）則會使結（jié）構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太高的機床，例如（rú）數控鑽（zuàn）、銑（xǐ）床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能（néng）滿足（zú）複雜零件的加工需要，因此，自（zì）動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀（dāo）過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀（dāo）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（xuǎn）刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，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（jī）床的主軸箱內隻（zhī）有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密（mì）加工要求。

另（lìng）外，刀庫內（nèi）刀具數量較大，因而能夠進（jìn）行複雜零件的多工序加工，大大（dà）提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換（huàn）刀係（xì）統適用於數控（kòng）鑽削中（zhōng）心和加工（gōng）中心（xīn）。

 

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備（bèi）一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸（zhóu）上刀具的互換。刀庫（kù）的類型有盤式（shì）刀（dāo）庫、鏈式刀庫等（děng）多（duō）種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的（de）工藝範圍來確定。圖（tú）7-16所示（shì）的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫最下（xià）麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式（shì）刀庫向前運動，拔出主軸上（shàng）的刀具，然後刀庫將下一個工（gōng）序（xù）所用的刀具旋轉至與主軸對（duì）準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主（zhǔ）軸夾緊（jǐn）刀（dāo）柄（bǐng），主軸（zhóu）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（zhì）的（de）優（yōu）點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好（hǎo）；缺點是換刀（dāo）時間長，適（shì）用於刀庫（kù）容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈（liàn）式刀庫（圖7-17），鏈式（shì）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形（xíng）狀，也（yě）可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需（xū）增加鏈條的長（zhǎng）度即（jí）可，給刀庫設計與製造（zào）帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式（shì）

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（hé）任意 選刀兩種，順序選刀是在（zài）加工之前（qián），將（jiāng）加工零件所需刀具（jù）按照工藝要求（qiú）依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的（de）工件時必須重新調整刀庫中的（de）刀具順（shùn）序。其優點是刀庫（kù）的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方（fāng）式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小（xiǎo）型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展（zhǎn），目前大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其（qí）分（fèn）為（wéi）刀套編碼（mǎ）、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刀具或刀套上（shàng）安裝用於識別的編碼（mǎ）條，一般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀（dāo）方式采用了一種（zhǒng）特殊的刀柄結構，並對每把刀具（jù）編碼。每把刀（dāo）具都具有自己的（de）代碼，因而刀具可在不同的工序中多次（cì）重（chóng）複使用，換下的刀具不用（yòng）放回原刀座（zuò），刀庫的（de）容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長（zhǎng）度加長，製造困難，刀庫和機械手的結（jié）構變複雜。刀套編（biān）碼的方式是一把刀具隻對應一個刀（dāo）套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀（dāo）套中，取送刀具十分麻煩，換（huàn）刀（dāo）時間長。目前在加（jiā）工中心上大量使用記（jì）憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀（dāo）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內，刀具（jù）信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位（wèi）置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置（zhì）信息。這樣刀具就可以任意（yì）取出並送（sòng）回。刀庫上（shàng）還設有機械原點（diǎn），使每（měi）次選（xuǎn）刀時就近選取。

 

三、刀具交換裝置

數（shù）控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝（zhuāng）卸刀具的裝置稱為刀具交換（huàn）裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現（xiàn）刀具交（jiāo）換以及采（cǎi）用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對（duì）運動實現刀具交（jiāo）換的（de）裝置在換刀（dāo）時必（bì）須首先（xiān）將用過的刀具送（sòng）回刀庫，然後再從刀庫中（zhōng）取（qǔ）出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換（huàn）刀裝置在換刀時能（néng）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（jìn）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（yīn）為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手（shǒu）能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀（dāo）—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶（dài）有自鎖機構。