​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夾中完成多道加（jiā）工工序（xù），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（dòng）換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足（zú）換刀時（shí）間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基（jī）本要求（qiú）。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀（dāo）架換刀

回轉刀架是一種最（zuì）簡單的自動換（huàn）刀裝置，常用於數控車床。可以設計成（chéng）四方刀（dāo）架（jià）、六角刀架或圓盤式軸（zhóu）向裝刀刀架等多種（zhǒng）形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令（lìng）換刀。

回（huí）轉刀架在結構上必須具有良（liáng）好的強度和剛度，以承（chéng）受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度（dù）在很大程（chéng）度上取決於刀尖位置，對於數（shù）控車床來說，加工（gōng）過程中刀具位置不進行人（rén）工調整，因此更（gèng）有（yǒu）必要選擇可靠的定（dìng）位方案和合理的定位結（jié）構，以保（bǎo）證回轉刀架（jià）在每次轉位之後，具有（yǒu）盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉（zhuǎn）刀架（jià）的換（huàn）刀動作包（bāo）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）

更換主軸換刀是（shì）帶（dài）有旋轉刀具的數控機床的（de）一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就（jiù）

是一個轉（zhuǎn）塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實（shí）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（jù），當發出換（huàn）刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通（tōng）主運動，使（shǐ）相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸（zhóu）都與主運動脫開。

這種更換（huàn）主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝（zhuāng）刀以（yǐ）及刀具搬運等一係列的複雜操作（zuò），從而（ér）縮短了換刀時間，並（bìng）提高了換刀的可靠性（xìng）。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（zhóu）係統的剛（gāng）性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則（zé）會使結（jié）構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通（tōng）常隻適用於工序較少（shǎo）、精度要求不太高的機床（chuáng），例如數控鑽、銑床等。

3.帶（dài）刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀（dāo）架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不（bú）能滿足複（fù）雜零件的加工需要（yào），因此，自動換（huàn）刀數（shù）控機床多采用帶刀庫的自動換（huàn）刀裝（zhuāng）置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換（huàn）刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄（bǐng）上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的（de）方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從（cóng）刀庫或主軸上取（qǔ）出刀具，進行交換，將（jiāng）新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫（kù）具有較大的容量，既可安（ān）裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶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（gāng）度要高，以（yǐ）滿（mǎn）足精密加工要求。

另外，刀庫內（nèi）刀具數量較大（dà），因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提（tí）高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心（xīn）和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇（zé）方式

1.刀庫（kù）類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手（shǒu）實現與主軸上刀（dāo）具（jù）的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多（duō）種形（xíng）式，刀（dāo）庫的形式和（hé）容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀（dāo）庫，刀（dāo）具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升到（dào）一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那個（gè）位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆（sōng）開刀柄，盤式刀庫（kù）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（de）位置，刀庫後退（tuì）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（xù）的加工。此換刀裝置的優點是（shì）結構簡單，成本較（jiào）低，換刀（dāo）可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於（yú）刀庫容量較小（xiǎo）的加（jiā）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（liàn）式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大（dà），鏈環的形狀可根據機床的布局製（zhì）成（chéng）各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2.刀具的選擇（zé）方式

一般的（de）刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前（qián）要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意選刀（dāo）兩種，順序（xù）選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依（yī）次插入刀庫的刀套中（zhōng），加工是按順序調（diào）刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀（dāo）具（jù）順（shùn）序。其優（yōu）點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式（shì）適合加工批量（liàng）較大、工件品種數量較少的（de）中、小型數控機床的自動換刀。

隨（suí）著數控係統的發展，目（mù）前大多數（shù）的數控係（xì）統都采（cǎi）用任意選刀的方式，其分（fèn）為刀套編碼、刀具編（biān）碼和記憶式等三種。

3.刀具編碼方（fāng）式

刀具編碼或（huò）刀套編（biān）碼需要在刀（dāo）具（jù）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（lǐ）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（bǎ）刀具編碼（mǎ）。每把刀具（jù）都具有自己的代碼，因而（ér）刀具可在不同的（de）工序中（zhōng）多次重複（fù）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（dàn）每把刀具上都帶有專用的編碼環（huán），刀具長度加長，製（zhì）造困難，刀庫和（hé）機械（xiè）手的結構變（biàn）複雜。刀套編（biān）碼的方式（shì）是一把（bǎ）刀具隻對（duì）應一個刀套，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，換刀時間長（zhǎng）。目前在加工中心上大量使用記憶（yì）式的方式。這種（zhǒng）方式能將刀（dāo）具號和刀庫中的（de）刀套（tào）位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終（zhōng）記存在PLC內。刀庫上裝（zhuāng）有位置檢測裝置，可獲得每個刀（dāo）套的位（wèi）置信息。這樣刀具就可以任（rèn）意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時（shí）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（yǔ）機床主軸之間傳遞（dì）和裝卸刀（dāo）具的（de）裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交（jiāo）換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的（de）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相對運動實現刀具（jù）交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀（dāo）具送回（huí）刀庫，然（rán）後再從刀庫中取出新刀（dāo）具，兩個動作不能同（tóng）時進行，換刀時間（jiān）較長。而采用機（jī）械手換刀（dāo）裝置在（zài）換刀時能夠同時抓（zhuā）取和裝卸（xiè）機（jī）床主軸和刀庫中（zhōng）的（de）刀具，因此換刀時間（jiān）進一步縮（suō）短。采用（yòng）機械手進行刀具交換的方式應用（yòng）最廣泛。這是因為機械手（shǒu）換刀靈活，動（dòng）作快，而且結構簡（jiǎn）單。機械手能夠完成（chéng）抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了（le）防止刀具掉落，機械（xiè）手的活動爪都帶有自鎖機構。