​數控機（jī）床的自動換刀裝置（zhì），你認識幾種？

　　

數控機床為（wéi）了能（néng）在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的（de）誤差，必須帶有自動換（huàn）刀裝置。自動換刀裝置應當滿足（zú）換刀時間短、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（quán）可靠等基本（běn）要求。

 

一、自動換刀（dāo）裝置的形式

1．回轉刀（dāo）架換刀

回轉刀架（jià）是一種最簡單的自動換（huàn）刀裝置，常用於數控車床。可以設計成四（sì）方刀架、六角刀架或圓盤式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，並按數控裝置的指令換（huàn）刀。

回轉刀架在（zài）結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力（lì）。由於車削加工精度在很大程（chéng）度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不（bú）進行（háng）人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和（hé）合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具（jù）有（yǒu）盡可（kě）能高的（de）重（chóng）複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架（jià）的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主（zhǔ）軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

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

是一個轉塔刀庫。

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，以實現自（zì）動換刀。在轉塔的（de）各（gè）個主軸上，預先（xiān）安裝（zhuāng）有各工序所需要的旋轉刀（dāo）具，當（dāng）發出換刀指令時，各（gè）主軸頭依次地轉到加（jiā）工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶（dài）動刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運動（dòng）脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去（qù）了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等（děng）一係列的複雜（zá）操作（zuò），從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的（de）限製，使主（zhǔ）軸部件結構尺寸不能太大，因而影響（xiǎng）了主軸係統的剛性。為了保證主軸（zhóu）的剛性，必（bì）須限製主軸的數目，否則會（huì）使結構尺寸（cùn）增大。因此，轉塔主軸頭通常（cháng）隻適用於工序較少、精（jīng）度要（yào）求不太高的機床，例如數控鑽、銑（xǐ）床等。

3.帶刀庫（kù）的自動換刀係（xì）統

由於（yú）回轉刀架、轉塔頭式換刀裝（zhuāng）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（jī）床多采用帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置。帶刀庫的（de）自動（dòng）換刀裝置由刀庫和換刀機構組成（chéng），換刀過程較為複雜。首先要（yào）把加工過程中使（shǐ）用的全（quán）部刀（dāo）具分別安（ān）裝（zhuāng）在標準刀柄（bǐng）上，在機外進行（háng）尺寸預調整（zhěng）後，按一定的（de）方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中（zhōng）選刀，再（zài）由換刀（dāo）裝置從刀庫或主軸上取出刀（dāo）具，進行交換，將新刀（dāo）裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有（yǒu）較大的容量（liàng），既可安裝在主軸（zhóu）箱（xiāng）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（zhǔ）軸箱內隻（zhī）有一根主軸，主軸部件的剛度要（yào）高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較（jiào）大，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（xìng）和加工效率。帶刀庫的自動換刀（dāo）係統適用於數控鑽削（xuē）中心和加工（gōng）中心。

 

二、刀庫和（hé）刀具的選擇方式

1.刀庫（kù）類（lèi）型

刀庫的作用是儲（chǔ）備一定數量的（de）刀具，通過機械手實現與主軸上（shàng）刀具的互換。刀庫的類型有盤式（shì）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所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的（de）位置，使主（zhǔ）軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的（de）那個位置，刀具被（bèi）夾住，主軸（zhóu）在CNC的控製（zhì）下（xià），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）序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位（wèi）置，刀庫（kù）後退將新刀具插（chā）入主軸孔中，主軸（zhóu）夾緊（jǐn）刀柄，主軸箱下降到工作（zuò）位置，完成換（huàn）刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優（yōu）點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好（hǎo）；缺點是換刀時間長，適（shì）用於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（cǎi）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（zhì）成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀（dāo）具（jù）數量時，隻需增加鏈條的長度（dù）即可，給刀庫設計與製造帶（dài）來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一（yī）般的刀（dāo）庫內存放有（yǒu）多把刀具，每次（cì）換刀前要進行（háng）選刀（dāo），常用的選（xuǎn）刀方法有順序（xù）選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將（jiāng）加工零件所需刀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，加工（gōng）不（bú）同的工件時必須重（chóng）新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的（de）驅動和控製都比較（jiào）簡單。因（yīn）此（cǐ），這種方式適合加工批量較大、工件（jiàn）品（pǐn）種數量較（jiào）少的中（zhōng）、小型數控機床的自動（dòng）換刀。

隨著數控係（xì）統的發展，目前大多數的數控係統都采用任意（yì）選刀的方（fāng）式，其分為刀套（tào）編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼（mǎ）方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套（tào）上安裝用於識別（bié）的編碼條，一般都是根據二進（jìn）製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了（le）一種（zhǒng）特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代（dài）碼，因（yīn）而刀具（jù）可在不同的工序中（zhōng）多次重複使用，換下（xià）的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也（yě）可（kě）相應（yīng）減（jiǎn）少。但每把刀具上（shàng）都帶有專用（yòng）的編碼（mǎ）環，刀具長度（dù）加長，製造困難，刀庫（kù）和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方（fāng）式（shì）是一把刀具隻對應一個刀套（tào），從一個刀套中取出（chū）的刀具必須放回同一刀套（tào）中，取（qǔ）送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加（jiā）工中心上大量（liàng）使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位（wèi）置對應地記憶在數控係統的PLC中（zhōng），無論刀具放在哪個刀（dāo）套內，刀具信息（xī）都（dōu）始終記存在PLC內。刀（dāo）庫（kù）上（shàng）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。刀庫上還設有機械原點，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（dāo）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（dāo）具的交（jiāo）換方式有兩（liǎng）種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交（jiāo）換以及采用（yòng）機械手交換刀具。利用刀庫與機（jī）床主軸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（kù），然後再從（cóng）刀庫中取出新刀具（jù），兩個動作不能同（tóng）時進行，換刀時（shí）間較長。而采用機械手換（huàn）刀（dāo）裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換（huàn）的方式應用最廣泛（fàn）。這是因為機械手換刀靈（líng）活，動作快，而且結構簡單。機（jī）械手能夠完成抓刀—拔（bá）刀—回轉—插刀—返回等一（yī）係列動作。為了防（fáng）止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖（suǒ）機構。