數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了能在工件一次裝（zhuāng）夾中完成多道加（jiā）工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須（xū）帶有自動換刀（dāo）裝置（zhì）。自動換刀裝（zhuāng）置應當（dāng）滿足換（huàn）刀時（shí）間短、刀具（jù）重複定（dìng）位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫（kù）占地麵積小以及（jí）安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀（dāo）架是一種（zhǒng）最簡單的自動換刀裝置，常用於（yú）數控車床。可以設計成四方刀架、六（liù）角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把（bǎ）或（huò）更多的刀具，並按數控裝置的指（zhǐ）令換刀。

回轉刀（dāo）架在結構上必須具有良好的強度和剛（gāng）度，以承受粗加工時的切（qiē）削抗力。由於車（chē）削加工精度（dù）在很大程度上（shàng）取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調（diào）整，因此更有必（bì）要選擇可靠（kào）的定位方案和合理的定位（wèi）結構，以保證回轉刀架在每次轉位（wèi）之後，具有盡可（kě）能高的重複定位精（jīng）度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下（xià），回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架（jià）轉（zhuǎn）位（wèi）及刀（dāo）架壓緊等。

2．更換主軸頭（tóu）換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是（shì）帶有旋轉刀具的數控機床的一種（zhǒng）比較（jiào）簡單的換刀方式。這（zhè）種主軸頭實際上就

是（shì）一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔（tǎ）的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主（zhǔ）軸上，預先安裝有各工序（xù）所需要的旋轉刀（dāo）具，當發出換刀指令時，各主軸頭（tóu）依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的（de）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（zhóu）換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀（dāo）具搬運等（děng）一係列（liè）的複雜操作，從而縮短了（le）換刀時間，並提高（gāo）了換刀的可靠性。但是（shì）由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺（chǐ）寸不能太大，因（yīn）而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限（xiàn）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（yòng）於工序較少、精（jīng）度要求不（bú）太高的機床，例如數控（kòng）鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀（dāo）係統（tǒng）

由於（yú）回轉刀架、轉塔頭式換刀（dāo）裝置容納的（de）刀具數量不能太多（duō），不能滿足複雜（zá）零件（jiàn）的加工需要，因此，自動換刀數控（kòng）機床多采用帶（dài）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（jī）構組成（chéng），換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用（yòng）的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預（yù）調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀（dāo）裝置從刀庫或主軸（zhóu）上取出刀具（jù），進行（háng）交換，將新刀（dāo）裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有（yǒu）較大（dà）的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶（dài）刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主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（qiú）。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能（néng）夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀（dāo）係統（tǒng）適用於數控鑽削中心和加工中（zhōng）心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作（zuò）用是儲備一定數量的（de）刀具，通過機（jī）械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式（shì）刀庫、鏈式刀庫等多種（zhǒng）形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示（shì）的（de）盤（pán）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（de）刀（dāo）具正好對準刀（dāo）庫（kù）最下麵的那個（gè）位置（zhì），刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前（qián）運（yùn）動（dòng），拔（bá）出主軸上（shàng）的刀具，然後（hòu）刀庫將下（xià）一個工序（xù）所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將（jiāng）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（gōng）。此換刀裝置的優點是結構簡單，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（de）加工（gōng）中心。

對於刀庫容量需要（yào）較（jiào）大的加工中心可（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（jù）機（jī）床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於（yú）換刀。當需要增加刀（dāo）具數量時，隻需增加鏈（liàn）條的（de）長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具（jù）的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進行（háng）選刀，常用的選（xuǎn）刀方法有順序選（xuǎn）刀和（hé）任意 選刀（dāo）兩種，順序選刀是在加工之（zhī）前，將加工（gōng）零（líng）件所（suǒ）需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按（àn）順序調刀，加工不同的工件時（shí）必須（xū）重新（xīn）調整刀庫中的刀具順序。其優（yōu）點（diǎn）是刀庫的（de）驅動和控（kòng）製都比較簡單。因此（cǐ），這種方式適合加工批（pī）量（liàng）較大、工件（jiàn）品種數量較少的中、小型（xíng）數（shù）控機床的（de）自動換刀。

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

3. 刀具編（biān）碼方（fāng）式（shì）

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝（zhuāng）用於識別的編碼條（tiáo），一般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。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。每把刀具都具有自己（jǐ）的（de）代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複（fù）使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的（de）編碼環，刀具長度加長，製造（zào）困（kùn）難（nán），刀庫和機械手的（de）結構變複（fù）雜。刀套編碼的方（fāng）式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀（dāo）套中（zhōng）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（mù）前（qián）在加工中心上大量使用記憶式的方式（shì）。這種方式能將刀（dāo）具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統（tǒng）的PLC中，無論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（jiǎn）測裝置（zhì），可獲得每個刀套的位置信息。這樣（yàng）刀具（jù）就可以（yǐ）任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每（měi）次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝（zhuāng）置

數控機（jī）床的自動換刀（dāo）裝置中，實現刀庫與機（jī）床（chuáng）主（zhǔ）軸（zhóu）之（zhī）間傳遞和裝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（zhǔ）軸的相對運動實現刀具交（jiāo）換以及采用機械手（shǒu）交換刀具（jù）。利（lì）用刀庫與機床主（zhǔ）軸的相對運（yùn）動實現（xiàn）刀（dāo）具交換的裝置在換刀時（shí）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，兩個動作不能同時（shí）進行，換刀時間較長。而采（cǎi）用機械手換刀裝置在換（huàn）刀時能夠同時抓（zhuā）取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀（dāo）具，因此換刀時間進一步縮短（duǎn）。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這（zhè）是（shì）因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機（jī）械手能夠完成抓刀（dāo）—拔刀—回（huí）轉—插（chā）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（suǒ）機構。