控機床的自動換刀（dāo）裝置，你（nǐ）認識幾種？

數控機床為了能在工（gōng）件一次裝夾中完成（chéng）多道加工工（gōng）序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤（wù）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（fù）定位精度高、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（huàn）刀裝置的（de）形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一（yī）種最簡單的自動換刀裝置，常用於數（shù）控車床。可以設計成四方刀架（jià）、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀（dāo）架上分別安裝著四把、六把或更多的刀（dāo）具，並（bìng）按數控裝置的（de）指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具（jù）有良（liáng）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（gōng）精度（dù）在很大程度上取決於刀尖（jiān）位置，對於數控車床（chuáng）來說，加工過程中刀具位置（zhì）不進行人工調整，因（yīn）此更有必要選擇可靠的定位方案和合（hé）理的定位結構，以保（bǎo）證回轉刀架在每次轉位之後（hòu），具有盡可能高的重複定位（wèi）精度（一般為0.001～0.005mm）。

一（yī）般情況下，回轉刀架的換刀（dāo）動（dòng）作包括刀架抬起（qǐ）、刀架轉位（wèi）及刀架壓緊等。

2．更換主軸（zhóu）頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀（dāo）具的（de）數控機床的一種比較簡單（dān）的換刀方式。這種主軸頭（tóu）實際（jì）上就

是一個轉塔刀庫。

主（zhǔ）軸頭有臥式（shì）和立式兩種，通常用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）的旋轉（zhuǎn）刀具，當發出換刀指（zhǐ）令（lìng）時，各（gè）主軸頭依次地轉到加工位置，並接（jiē）通主運動（dòng），使相應的主軸帶動刀（dāo）具旋轉。而其它處於不加工位置（zhì）上的主軸都與主運動（dòng）脫（tuō）開。

這種更換主（zhǔ）軸換刀裝置，省去了自動（dòng）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（shí）間，並（bìng）提高了（le）換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製（zhì），使主軸部件結構尺（chǐ）寸不能太大，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，否則會使結構（gòu）尺寸增（zēng）大。因此，轉塔主（zhǔ）軸頭通常隻適用（yòng）於（yú）工序較少、精度要（yào）求不太高（gāo）的（de）機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀（dāo）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（dāo）庫的自動換（huàn）刀裝置由刀庫和換刀機構組（zǔ）成，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（zài）標準刀柄上，在機外進（jìn）行尺寸預調整後，按一定（dìng）的方式放入（rù）刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝（zhuāng）置從刀庫或主軸上取出刀具（jù），進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安（ān）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（kòng）機床的主軸箱內（nèi）隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以（yǐ）滿足精密加工要求。

另外，刀庫（kù）內刀具（jù）數（shù）量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加（jiā）工，大大提高了機床的適應性和加工效率（lǜ）。帶刀（dāo）庫的自動換刀係統適（shì）用於（yú）數控（kòng）鑽削中心和加工（gōng）中心。

二（èr）、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫（kù）類型

刀庫的作用是儲備（bèi）一（yī）定數量的刀具，通過機（jī）械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，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）的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同（tóng）向，換（huàn）刀時主軸箱上升到一定（dìng）的位置（zhì），使主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔（bá）出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工（gōng）序所用的（de）刀具旋轉至與主軸對準的位置（zhì），刀（dāo）庫後退將新刀具插入（rù）主軸（zhóu）孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位（wèi）置，完成換刀任務，進行下道（dào）工序的加工。此（cǐ）換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀（dāo）可靠性較好；缺點是換刀（dāo）時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的（de）加工中心（xīn）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（liàn）環的形狀可根據機床的布局製成各（gè）種形狀，也可將換刀位（wèi）突出以便於換刀。當需要（yào）增加刀具（jù）數量時，隻需增加鏈條的長（zhǎng）度即可，給（gěi）刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選（xuǎn）刀和任意 選刀（dāo）兩種，順序選刀是在加工之前（qián），將加工零件（jiàn）所需刀（dāo）具按（àn）照工藝要求依次插入刀（dāo）庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重（chóng）新調整刀庫中的（de）刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因（yīn）此，這種方式適（shì）合加工批量較（jiào）大、工（gōng）件品種數量較少的中（zhōng）、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係統（tǒng）都（dōu）采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記（jì）憶式等三種。

3. 刀具編碼方（fāng）式

刀具編碼或刀套（tào）編（biān）碼需（xū）要在刀具或刀（dāo）套上安裝用於識別的編碼條，一般都是根據（jù）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（tè）殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在（zài）不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原（yuán）刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每（měi）把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變（biàn）複雜。刀套編碼的（de）方式是一把刀（dāo）具隻對應一個刀套，從（cóng）一個（gè）刀（dāo）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（shì）的方式。這（zhè）種方（fāng）式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在（zài）數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具（jù）信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有（yǒu）位置（zhì）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。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀（dāo）時就近選取。

三、刀（dāo）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（xiè）刀（dāo）具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與（yǔ）機（jī）床主（zhǔ）軸的相對運（yùn）動（dòng）實現刀具（jù）交換以及采用（yòng）機械手交換刀具。利用刀（dāo）庫與機床主軸的相對運動實現刀具（jù）交換的裝（zhuāng）置在換刀時必須首先將用過的刀（dāo）具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而（ér）采用機械（xiè）手換刀裝置在換刀時能夠同時（shí）抓取和裝（zhuāng）卸機床（chuáng）主軸和（hé）刀庫中的刀具（jù），因此換刀時間（jiān）進一步縮短。采用機械手進行（háng）刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手（shǒu）能夠（gòu）完成抓刀—拔（bá）刀（dāo）—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落（luò），機械手的活動爪都帶有自鎖機構（gòu）。