​數控機床的自（zì）動換刀裝置，你認識幾種？

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數控機床為了能在工件一次裝（zhuāng）夾中完成多（duō）道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件（jiàn）所引起的誤差，必須帶（dài）有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足（zú）夠、刀庫占地麵積小（xiǎo）以及安全可靠等基本要求。

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（jiǎn）單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式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（gèng）多的刀具（jù），並按數控（kòng）裝置的指令換刀。

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（jiā）工時的切削抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床（chuáng）來說（shuō），加工過程中刀具位置不進行（háng）人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的（de）定位結構，以保（bǎo）證回轉刀架在每次轉位之後，具（jù）有盡可能高的重複定位（wèi）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、刀（dāo）架轉（zhuǎn）位及刀架壓緊等。

2．更換主（zhǔ）軸頭換刀（刀具（jù）旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶（dài）有旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換（huàn）刀方式（shì）。這種主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭（tóu）有（yǒu）臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位（wèi）來更換主軸頭，以實（shí）現自（zì）動換（huàn）刀。在轉塔的各個主軸（zhóu）上（shàng），預先安裝有各工序所（suǒ）需要的旋轉刀具，當發出（chū）換刀指令時，各主（zhǔ）軸頭依次（cì）地轉到（dào）加工（gōng）位置，並（bìng）接（jiē）通主運動，使（shǐ）相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的（de）主軸都與主運動脫開。

這種更（gèng）換主軸換刀（dāo）裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係（xì）列的複雜操作，從而縮短了換（huàn）刀時間（jiān），並（bìng）提高了換刀的可靠性（xìng）。但是由於（yú）空間位置的限製，使（shǐ）主軸（zhóu）部件結（jié）構尺寸不能太大，因而影響（xiǎng）了主軸係統（tǒng）的剛性。為了保證主軸的剛性（xìng），必須限製主軸的（de）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（gōng）序較少、精度要求不太高的機床，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、轉塔頭式換刀（dāo）裝置容納的刀具數量不能（néng）太多，不能滿足（zú）複雜（zá）零件的（de）加（jiā）工需要（yào），因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置。帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置（zhì）由刀庫和換刀機構（gòu）組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程（chéng）中使用的全部刀具分別（bié）安裝在標（biāo）準刀柄（bǐng）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，再由換刀裝置從刀庫或主軸（zhóu）上取出刀具，進行交換，將新（xīn）刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置的數控機（jī）床的（de）主軸箱內隻有一根主軸，主軸部（bù）件的剛度要高，以滿（mǎn）足精密加工要求（qiú）。

另（lìng）外（wài），刀庫內（nèi）刀具數量較大，因而能夠進行（háng）複雜零（líng）件的（de）多工序加工，大大提高了（le）機床的適應性和加工效率。帶（dài）刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心（xīn）和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類（lèi）型

刀庫的作用（yòng）是（shì）儲備一定數量的刀具，通過（guò）機械手（shǒu）實現與（yǔ）主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多（duō）種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工（gōng）藝範圍來確（què）定。圖7-16所示的（de）盤式刀庫，刀（dāo）具的方向與主軸同向，換刀時（shí）主軸箱上（shàng）升到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被（bèi）夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將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軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸（zhóu）箱下（xià）降到工作位置，完成換刀任務（wù），進行下道工序的加工。此（cǐ）換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低（dī），換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量（liàng）需（xū）要較大的加（jiā）工中心可（kě）采用鏈（liàn）式刀（dāo）庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊（jǐn）湊，刀（dāo）庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出（chū）以便於換刀。當需要增加刀具（jù）數量時，隻（zhī）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（zé）方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前（qián）要進行選刀，常用的選刀（dāo）方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選（xuǎn）刀（dāo）是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工（gōng）藝要（yào）求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加（jiā）工不同的工（gōng）件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優（yōu）點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適（shì）合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床（chuáng）的（de）自動換刀。

隨著數控係（xì）統的發展，目前大多數的數控係統都采（cǎi）用任（rèn）意選刀的方（fāng）式，其分為刀套編碼、刀具（jù）編碼和記憶式等三種。

3. 刀具（jù）編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀（dāo）具或刀（dāo）套上（shàng）安裝用於（yú）識別的編碼條（tiáo），一般都是根據二進製編碼的（de）原（yuán）理進行（háng）編碼。刀具編碼選（xuǎn）刀方式采用（yòng）了一種特（tè）殊的刀柄結構，並對每把刀具編（biān）碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而（ér）刀具可在不同的工（gōng）序中多（duō）次重（chóng）複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相（xiàng）應減少（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（yī）把刀具隻對應一個（gè）刀套，從一個刀（dāo）套中取出的刀（dāo）具必須放回（huí）同（tóng）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式的方（fāng）式。這種（zhǒng）方（fāng）式能將刀具號和刀庫（kù）中的刀套位（wèi）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（cún）在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每（měi）個（gè）刀套的位（wèi）置信息。這樣刀具就（jiù）可以任意取出（chū）並送（sòng）回。刀庫上還設有機械原（yuán）點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝（zhuāng）置（zhì）

數控機（jī）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（zhuāng）置稱為刀具交（jiāo）換裝置。刀（dāo）具的交換（huàn）方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具（jù）交換的裝置在換刀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刀具，兩個動作（zuò）不能同時進行，換刀時間（jiān）較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和（hé）裝卸機床主軸（zhóu）和（hé）刀庫中（zhōng）的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進（jìn）行刀具交換（huàn）的方（fāng）式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而（ér）且結構簡單。機械（xiè）手（shǒu）能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的（de）活動爪都帶有自鎖機構。