​數控機床的（de）自動換刀裝置，你認識幾種？

數控（kòng）機床為了能在工件（jiàn）一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減（jiǎn）少（shǎo）多（duō）次安裝工件所引（yǐn）起的誤差，必須帶有自動（dòng）換刀裝置。自動換刀（dāo）裝置（zhì）應當滿足換刀時間短、刀具重複定（dìng）位精度高、刀具儲存（cún）量足夠、刀庫（kù）占地麵積小以及安全（quán）可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉（zhuǎn）刀架換刀（dāo）

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀（dāo）裝置，常用於數控車床。可以設（shè）計成（chéng）四方刀架、六角（jiǎo）刀架或圓盤（pán）式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並（bìng）按（àn）數控（kòng）裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良（liáng）好的強度和剛度，以承受（shòu）粗加工時（shí）的切削（xuē）抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀（dāo）尖位置，對於（yú）數控（kòng）車床來說，加工（gōng）過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必（bì）要選（xuǎn）擇可靠（kào）的定位方案和合理的定（dìng）位結構，以保證回轉刀架在每次（cì）轉位之（zhī）後，具有盡可能（néng）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（dòng）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（dāo）具旋轉為主運動）

更換主（zhǔ）軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床（chuáng）的一種比較簡單的換刀（dāo）方式。這種主軸頭實際上就

是一個（gè）轉塔刀庫（kù）。

主軸頭有臥式和立式兩種（zhǒng），通常用轉塔（tǎ）的轉位（wèi）來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主（zhǔ）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（jù）旋轉。而其它處於不加工位置上的主（zhǔ）軸都（dōu）與主運動脫開。

這種更換主軸換刀（dāo）裝置，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（tí）高了換刀的可靠性（xìng）。但是由於空（kōng）間位置的（de）限製（zhì），使主軸部件結構尺寸不能太（tài）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少、精度要求（qiú）不太（tài）高的機床，例（lì）如數控鑽、銑床（chuáng）等。

3.帶刀庫的自動換刀係（xì）統

由於回轉（zhuǎn）刀架、轉塔頭（tóu）式換（huàn）刀（dāo）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（huàn）刀裝置。帶刀庫的（de）自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組（zǔ）成，換刀過（guò）程較為複雜。首先要把加工（gōng）過程（chéng）中使用（yòng）的全部刀具分別安裝（zhuāng）在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀（dāo）庫。換刀時，先在刀庫中選（xuǎn）刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，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，既可安裝在主軸箱的（de）側麵或上方（fāng）。由於帶（dài）刀庫的自動換（huàn）刀（dāo）裝置的數控機（jī）床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿（mǎn）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，大大提高（gāo）了（le）機床的（de）適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中（zhōng）心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定（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（què）定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升（shēng）到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀（dāo）庫最下麵的那（nà）個位（wèi）置，刀具（jù）被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位（wèi）置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱（xiāng）下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道（dào）工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好（hǎo）；缺點是換刀時間（jiān）長，適用於（yú）刀庫容量（liàng）較小的加（jiā）工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可（kě）采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫（kù）容量（liàng）較大，鏈環的形狀可根據機床（chuáng）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（jù）數量（liàng）時，隻需（xū）增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方（fāng）便。

2.刀具（jù）的（de）選擇方式（shì）

一般的刀庫內存放有多把刀（dāo）具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法（fǎ）有順（shùn）序選刀和任意選（xuǎn）刀兩種，順（shùn）序選刀是在加工之前（qián），將加工零件所需刀具按照工藝要求依次（cì）插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時（shí）必（bì）須重新調整刀（dāo）庫中的刀具（jù）順序。其優點是刀庫的驅（qū）動（dòng）和控製都比較簡單。因此（cǐ），這種方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（de）發展，目前大多數的數（shù）控（kòng）係統都采用任意選刀的方式（shì），其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種（zhǒng）。

3.刀具（jù）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（yú）識別的編碼條，一般都是根（gēn）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（de）刀柄結構，並對（duì）每把刀具編碼。每把刀具都具有自己（jǐ）的代碼，因而（ér）刀具可在不同的工序中多（duō）次重複使用，換下的刀具（jù）不用放回原刀座（zuò），刀庫的容量（liàng）也可相應減少。但每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複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應（yīng）一個刀套，從一（yī）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（fán），換刀時（shí）間（jiān）長。目前在加工中心上大量使用記（jì）憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套（tào）位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論（lùn）刀具放在（zài）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（jù）就可以任意取出（chū）並送回。刀庫上（shàng）還設有機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間（jiān）傳遞和裝卸刀具（jù）的裝（zhuāng）置稱（chēng）為刀具交換（huàn）裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實（shí）現（xiàn）刀（dāo）具交換（huàn）以及采用機械手交換刀具。利（lì）用刀庫與（yǔ）機床主軸（zhóu）的相對運動實現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（zài）從刀庫（kù）中取（qǔ）出（chū）新刀具，兩個動（dòng）作不能同時進行，換刀時（shí）間較長。而采用機械（xiè）手換刀裝置（zhì）在換刀時能夠同時抓取和裝（zhuāng）卸機床主軸和刀庫中的（de）刀具，因此換刀時間進一步縮短（duǎn）。采用機（jī）械手進行刀具（jù）交換的（de）方式應（yīng）用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動（dòng）作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一（yī）係列動（dòng）作。為（wéi）了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自（zì）鎖機構。