數控機床的自動換刀裝置，你認識（shí）幾種？

數控機床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（jiān），減少多次安裝工件所引起（qǐ）的（de）誤（wù）差，必須帶有（yǒu）自動換刀裝（zhuāng）置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間（jiān）短、刀具重複定位精度（dù）高、刀具儲存量足（zú）夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一（yī）、自動換刀裝置的形式

1．回轉（zhuǎn）刀架換刀

回轉刀架是一種（zhǒng）最簡（jiǎn）單的自動換刀裝置（zhì），常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式（shì）軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上（shàng）分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按（àn）數控裝置的指令換刀。

回轉刀（dāo）架（jià）在結構上必須具（jù）有良好的強（qiáng）度和剛度，以承（chéng）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（zhì），對（duì）於數控車床來說，加工（gōng）過程中刀具位（wèi）置不（bú）進行人工（gōng）調整，因此更有必要選擇可靠的定（dìng）位方案和合理的（de）定位結構，以保（bǎo）證（zhèng）回轉刀架在每次轉位之後，具（jù）有盡可能高的重複定（dìng）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起、刀架轉位及刀（dāo）架壓緊等（děng）。

2．更換主（zhǔ）軸頭換刀（刀具旋轉為主（zhǔ）運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數（shù）控機床的一種比（bǐ）較簡單（dān）的換刀方式。這種（zhǒng）主軸頭實際上就

是一個轉塔刀（dāo）庫。

主軸頭有臥式和立（lì）式兩種，通常用（yòng）轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各（gè）個主軸上，預先安裝有各工序所需要（yào）的旋（xuán）轉刀具，當發出換刀（dāo）指令時，各主軸頭依次（cì）地轉到（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（wèi）置上的主軸都與主運動脫開。

這（zhè）種更換主軸換刀（dāo）裝（zhuāng）置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高（gāo）了換刀的可靠（kào）性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統（tǒng）的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，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（jiào）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、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具（jù）數量不能太多（duō），不能滿足複雜（zá）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動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由（yóu）刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要（yào）把加工過程中使用的全（quán）部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定（dìng）的（de）方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換（huàn）刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀（dāo）裝入主軸（zhóu），舊（jiù）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（miàn）或上方。由於帶（dài）刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主（zhǔ）軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大（dà）提（tí）高了機床（chuáng）的（de）適應性和（hé）加工效率。帶刀庫的自動換刀（dāo）係（xì）統適用於數控鑽削中（zhōng）心和加工中心（xīn）。

二、刀庫和刀具（jù）的選擇（zé）方式

1.刀庫類型

刀庫的作用（yòng）是儲備一定數量的（de）刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形（xíng）式，刀庫的形式和容量要根據機（jī）床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫（kù），刀具的方向與主軸同向，換（huàn）刀時主軸箱上升到一定（dìng）的位（wèi）置，使主軸上（shàng）的刀具正好對準刀庫最下麵的那個（gè）位置，刀（dāo）具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀（dāo）柄（bǐng），盤（pán）式刀庫向前運動，拔出（chū）主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀（dāo）具旋轉至與主軸對準的位（wèi）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，進行下道工序的加（jiā）工。此換刀裝置的優（yōu）點是結構簡單，成本較低，換刀（dāo）可靠性較好；缺（quē）點是換刀時間長，適用於（yú）刀庫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式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形（xíng）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（biàn）於換刀。當需要增加刀具數（shù）量時，隻需增加鏈條的長度即可（kě），給刀庫設計與（yǔ）製（zhì）造帶來（lái）了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放（fàng）有多把刀具（jù），每次換刀前要進行（háng）選刀，常用的選刀方法有順序（xù）選刀和任（rèn）意 選刀（dāo）兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀（dāo）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（jiā）工不同的工件時必須重新調整（zhěng）刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控（kòng）製都比較（jiào）簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨（suí）著數控係（xì）統的發展，目前大（dà）多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀（dāo）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（jìn）行（háng）編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具（jù）都具有自己的代碼，因（yīn）而刀具可在（zài）不同的工序中多次重複使用（yòng），換下的刀具（jù）不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶（dài）有專用的（de）編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構（gòu）變複雜（zá）。刀套編碼的方（fāng）式是一把刀具隻對應一個刀套（tào），從一個刀套中取出的刀具必（bì）須放回同（tóng）一刀套中，取送刀（dāo）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（zhǒng）方式能將刀具號和刀（dāo）庫中的刀套位置對應（yīng）地（dì）記憶在數控係統（tǒng）的（de）PLC中，無論（lùn）刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀（dāo）庫（kù）上還設（shè）有機械原點（diǎn），使每次選刀（dāo）時就近選取（qǔ）。

三（sān）、刀具交換裝置

數控機床的（de）自動換刀裝置中，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。刀具的交換方式有兩種：由刀庫（kù）與機（jī）床主軸的相對運動實現刀具交換以及采用機械手（shǒu）交換刀具。利（lì）用刀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（xū）首先將用過的刀（dāo）具送（sòng）回刀庫，然後再從刀庫中取（qǔ）出新（xīn）刀（dāo）具，兩個動（dòng）作不能同時進行（háng），換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的（de）刀具，因此（cǐ）換刀時（shí）間進一步縮短。采用機械手進行刀（dāo）具交換的方式（shì）應用最（zuì）廣泛（fàn）。這是因為（wéi）機械手換（huàn）刀靈活，動作快，而且結構簡（jiǎn）單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插（chā）刀—返回等（děng）一係列動作（zuò）。為了防止刀具掉落，機械（xiè）手的活動爪（zhǎo）都帶有自鎖機構。