​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

　　

數（shù）控機床（chuáng）為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次（cì）安裝（zhuāng）工件所引起的誤（wù）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（dù）高、刀具儲存量足夠（gòu）、刀庫（kù）占（zhàn）地（dì）麵積（jī）小以及（jí）安全可靠等基本要求。

 

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架（jià）換刀

回轉刀架是一種最簡單（dān）的自動換刀裝置，常（cháng）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（dāo）架等（děng）多種形式。回轉刀架上分別安裝（zhuāng）著四把、六把或更多（duō）的（de）刀（dāo）具，並按數控裝置的指令換刀（dāo）。

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，對於數控車床來說，加工過程中刀（dāo）具位置不進行人工調（diào）整（zhěng），因此更有必要選擇可靠的（de）定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀（dāo）架在每次轉位之後，具有盡（jìn）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（de）換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種比較簡單的換刀方式。這（zhè）種主軸頭實際上就

是（shì）一個（gè）轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和（hé）立式兩種，通常用轉塔的（de）轉（zhuǎn）位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝（zhuāng）有各工序所需要的旋轉（zhuǎn）刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並（bìng）接通主（zhǔ）運（yùn）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（shàng）的主（zhǔ）軸都（dōu）與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了（le）自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作（zuò），從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空（kōng）間位置（zhì）的限製，使主軸部件結構尺寸不能（néng）太大，因而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目（mù），否則會使結構尺寸增（zēng）大。因此（cǐ），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（de）自動換刀係統

由於回轉刀（dāo）架、轉塔頭（tóu）式換刀（dāo）裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足（zú）複（fù）雜零件的加工需要（yào），因此，自動換刀數控機（jī）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（yóu）刀庫和換刀機（jī）構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工（gōng）過程中使用的全部刀具（jù）分別安裝在標（biāo）準刀柄上，在機（jī）外進行尺寸預（yù）調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再（zài）由換刀裝置從刀庫或主軸（zhóu）上取出刀具，進行交換，將新刀（dāo）裝入主軸，舊刀放回（huí）刀庫。刀庫具有較大的（de）容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於（yú）帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置的數控機床的主（zhǔ）軸箱（xiāng）內（nèi）隻有一根主軸，主（zhǔ）軸部件的剛度要高，以滿足精密加（jiā）工要求。

另外，刀庫內刀具（jù）數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適（shì）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心和（hé）加工中心。

 

二、刀庫和刀（dāo）具的選擇方式

1.刀庫類型

刀（dāo）庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現（xiàn）與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫（kù）、鏈式刀庫（kù）等多種形（xíng）式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來（lái）確定。圖7-16所示的盤式刀庫（kù），刀具的（de）方向（xiàng）與（yǔ）主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的（de）位置，使主軸上的刀具正好對（duì）準刀庫最（zuì）下麵（miàn）的那個位置，刀具被夾（jiá）住，主軸在CNC的控製（zhì）下，鬆（sōng）開刀柄，盤式刀庫向前（qián）運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫（kù）將下一個工序所用的（de）刀具旋轉至與主軸對準的位置（zhì），刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工（gōng）序的加工。此換刀裝置的優點（diǎn）是結構簡單，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（jiā）工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工（gōng）中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結（jié）構緊湊，刀庫容量較大，鏈（liàn）環的形狀可根據機床的布局製成（chéng）各種形狀，也可將換（huàn）刀位突出以便於（yú）換刀。當需要增加刀（dāo）具數量時，隻需增（zēng）加鏈（liàn）條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方（fāng）便。

2. 刀具（jù）的選擇（zé）方式

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（yòng）的選刀（dāo）方法有順序（xù）選刀和任（rèn）意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零件（jiàn）所需刀具按照（zhào）工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整（zhěng）刀庫中的刀具順序。其（qí）優（yōu）點是刀庫的驅動和控製都（dōu）比較簡（jiǎn）單。因（yīn）此，這種方（fāng）式適合加工批量較大、工件品種數量較（jiào）少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數（shù）控係統都（dōu）采用任意選刀的方式，其（qí）分為刀（dāo）套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼（mǎ）或刀套編碼需要在刀具或（huò）刀套上（shàng）安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原理進行編（biān）碼（mǎ）。刀具編碼選刀方（fāng）式采用了一（yī）種特殊的刀柄結構，並對每把刀具（jù）編碼。每把刀具都具有自己的（de）代碼，因而刀具可在（zài）不同的（de）工（gōng）序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座（zuò），刀庫（kù）的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶（dài）有專（zhuān）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。刀套編碼（mǎ）的方式是一把刀具隻對應一（yī）個刀套，從一個刀套中取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。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具（jù）放在哪（nǎ）個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上（shàng）裝有位置檢測裝置（zhì），可獲（huò）得（dé）每個刀（dāo）套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送（sòng）回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近（jìn）選取。

 

三（sān）、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞（dì）和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝（zhuāng）置。刀具的交（jiāo）換方式有兩種：由刀庫與機床主軸（zhóu）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（de）相對運動實現（xiàn）刀具交換的裝置在換刀時必須首先將（jiāng）用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫（kù）中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時（shí）間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀（dāo）時能夠同時抓取和（hé）裝卸機床主軸和（hé）刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的（de）方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓（zhuā）刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列（liè）動作。為了防（fáng）止刀（dāo）具掉落（luò），機械手的活動爪都帶有自鎖機構。