數控機床（chuáng）的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為（wéi）了能在工件（jiàn）一次裝夾中完成（chéng）多道（dào）加工工序，縮短輔助時間（jiān），減少多次安裝工件所（suǒ）引起的誤差，必須帶有自動換刀裝（zhuāng）置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位（wèi）精度高、刀具儲存量足夠、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．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種（zhǒng）最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以（yǐ）設計成四方刀（dāo）架、六角刀架或（huò）圓盤式軸向裝（zhuāng）刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四（sì）把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指（zhǐ）令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良（liáng）好的強度和剛（gāng）度，以承受粗加工時的切削抗（kàng）力。由於車削加工精（jīng）度在很（hěn）大程（chéng）度上取決於刀尖位置，對（duì）於數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必（bì）要選擇可靠的定位方（fāng）案（àn）和合理的定（dìng）位結構，以保證回轉刀架在每次轉位（wèi）之後，具有盡可能高的重複定位精度（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（tái）起、刀架轉位及刀架（jià）壓緊等（děng）。

2．更換主軸頭換刀（刀（dāo）具旋轉為主運動）

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

是一個轉塔刀庫。

主軸（zhóu）頭有臥式（shì）和立式兩（liǎng）種，通常用轉塔（tǎ）的轉位來（lái）更換主軸頭，以實現（xiàn）自動換刀。在轉塔（tǎ）的各個主軸上，預（yù）先安裝有（yǒu）各工序所需要的旋轉刀具，當發出（chū）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（zhì）上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝（zhuāng）置，省去了自（zì）動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操（cāo）作（zuò），從而縮短了換刀（dāo）時間，並提高了換刀（dāo）的（de）可靠性。但是（shì）由於空間位置的限製（zhì），使主軸（zhóu）部件結構尺寸不能（néng）太大，因而影（yǐng）響了主軸係統的剛性（xìng）。為了保證主軸的剛（gāng）性，必須限製主軸的數目，否（fǒu）則會使結構尺寸增大。因此，轉塔（tǎ）主軸頭通常隻適（shì）用於工序（xù）較少（shǎo）、精（jīng）度要求不太高的機床，例如（rú）數（shù）控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫（kù）的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換（huàn）刀裝置容納（nà）的刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換（huàn）刀過程較為複雜。首（shǒu）先（xiān）要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在（zài）標準刀柄上，在機（jī）外進行尺寸預調整（zhěng）後，按一定的方（fāng）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上取出刀具，進（jìn）行交換，將新刀裝入主（zhǔ）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（de）數控機（jī）床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要（yào）高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫（kù）內刀具數量較大，因（yīn）而能夠進行複雜（zá）零件的多工序加工，大大提高（gāo）了機床的適應性（xìng）和（hé）加工效率。帶刀庫的自動換（huàn）刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選（xuǎn）擇方（fāng）式

1.刀庫類型

刀庫的作（zuò）用（yòng）是儲備一定（dìng）數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互（hù）換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式（shì），刀庫的形（xíng）式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所（suǒ）示的盤（pán）式刀庫，刀具的方向與主（zhǔ）軸同（tóng）向，換刀（dāo）時主軸箱上升（shēng）到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫（kù）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（xiàng）前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一（yī）個工序所用的刀具（jù）旋轉至與主軸（zhóu）對準的（de）位置，刀庫後退將新刀具插入主（zhǔ）軸孔中，主軸夾緊刀柄，主（zhǔ）軸箱下（xià）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（dān），成本較低，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（zhōng）心。

對於刀庫容量需要較（jiào）大的加工（gōng）中心可（kě）采用鏈式刀（dāo）庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，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（dāo）庫設計與製造帶來了方（fāng）便。

2. 刀具（jù）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（xuǎn）刀（dāo），常（cháng）用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀（dāo）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（tào）中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重（chóng）新（xīn）調整刀（dāo）庫中的刀（dāo）具順序。其優點是刀庫的驅動和控（kòng）製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件（jiàn）品種數量（liàng）較少的中、小型（xíng）數控機床的自動換（huàn）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（dāo）的方（fāng）式，其（qí）分為刀（dāo）套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具（jù）編碼方式

刀具（jù）編碼或刀套編碼需要在刀具或（huò）刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的（de）原理進行編碼。刀具編（biān）碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具（jù）編碼。每把（bǎ）刀具都具有自己（jǐ）的代碼，因而刀具可在（zài）不同的工序中多次重複使用（yòng），換下的刀具不用放回原刀座（zuò），刀庫的容量也可相應減少。但每把（bǎ）刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困（kùn）難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套（tào）編碼的方式是一把刀具隻對應（yīng）一個刀套，從一個刀套中（zhōng）取（qǔ）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（zhōng）心上大量使用記（jì）憶（yì）式的方式。這種方式能將刀具（jù）號（hào）和刀庫（kù）中的刀（dāo）套位置對應地記（jì）憶在數控（kòng）係統的（de）PLC中，無論刀具放在哪（nǎ）個刀套內，刀具信息都始（shǐ）終記存在（zài）PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置（zhì）信息。這樣刀具就可以（yǐ）任意（yì）取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動（dòng）換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式（shì）有兩種：由刀庫與機（jī）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（lì）用刀（dāo）庫與機床主軸的相對運動實現刀具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，兩個動作不（bú）能同時（shí）進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀（dāo）裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀（dāo）庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手（shǒu）換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀（dāo）—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。