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（gōng）件一次裝夾中完成（chéng）多道加工工（gōng）序，縮（suō）短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝（zhuāng）置。自動換刀裝置應當（dāng）滿足換（huàn）刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具（jù）儲存量足夠、刀庫占地麵積小以（yǐ）及安全可靠等（děng）基本要（yào）求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動（dòng）換刀裝（zhuāng）置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或（huò）圓盤式軸向裝刀刀架（jià）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（jù），並按數控（kòng）裝置（zhì）的指令（lìng）換刀。

回轉刀架在結（jié）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。由於車削加工精度在很大程度上取決（jué）於刀尖位置，對於數控車床（chuáng）來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案（àn）和合理的定位結構，以保證回轉刀架（jià）在（zài）每次轉位之後，具有盡可（kě）能高的重複定位精度（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（huàn）主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動（dòng））

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的一（yī）種比較簡單的換刀方（fāng）式。這種主軸頭實際（jì）上就

是（shì）一個轉（zhuǎn）塔刀（dāo）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（fā）出換（huàn）刀指令時，各主軸頭依次（cì）地轉到加工位置，並接通（tōng）主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主（zhǔ）軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀（dāo）、裝刀以及刀具搬運等一係列的複（fù）雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但（dàn）是由於空間位置的限製，使主軸部（bù）件結構尺寸不能太大，因而影響了主（zhǔ）軸係統的（de）剛性。為（wéi）了保證主軸的剛性，必須限製主（zhǔ）軸的數目，否則會使結構尺寸增（zēng）大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於（yú）工序較少、精度要求不（bú）太高的機床（chuáng），例（lì）如數控鑽、銑床（chuáng）等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

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（mǎn）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。帶刀庫（kù）的自動換刀裝置由（yóu）刀庫和（hé）換刀機構組成，換（huàn）刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的全（quán）部刀具（jù）分別安裝在標準刀（dāo）柄上，在機外進行尺（chǐ）寸預（yù）調整後，按一（yī）定的方式（shì）放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置（zhì）從刀庫或主軸（zhóu）上（shàng）取出刀具，進行交（jiāo）換，將新刀裝入主軸（zhóu），舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安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（de）主軸箱內隻有一（yī）根主（zhǔ）軸，主軸部件（jiàn）的剛度要高，以滿足精密加工（gōng）要求。

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

二、刀庫和刀具的選擇方（fāng）式

1.刀（dāo）庫類型

刀庫的作（zuò）用是儲（chǔ）備一定數量的刀具，通過機械手實現與主（zhǔ）軸上（shàng）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（xíng）式和（hé）容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖（tú）7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向（xiàng），換刀時主軸箱上升到一定的位置（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（zài）CNC的控製下，鬆開（kāi）刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然（rán）後刀庫將（jiāng）下（xià）一個工序所用的刀具旋轉至（zhì）與主軸（zhóu）對準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降（jiàng）到工作位置，完成換刀任務（wù），進（jìn）行下（xià）道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本（běn）較低，換刀（dāo）可靠性較好；缺點是換（huàn）刀時間長，適（shì）用於刀庫容（róng）量較小的加工中心。

對於刀庫容量（liàng）需要較大的加工中心可采用鏈式（shì）刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大（dà），鏈環的形狀可根據機床的布局製（zhì）成各種形狀（zhuàng），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（jiā）鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的（de）選擇方式

一般的刀庫內存放（fàng）有多（duō）把刀具，每次換刀前要進行選（xuǎn）刀（dāo），常用的選刀方法有順序選刀和任（rèn）意 選刀兩種，順序選刀（dāo）是在加工之前（qián），將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的（de）刀套中，加工是按（àn）順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整（zhěng）刀庫（kù）中（zhōng）的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製（zhì）都比（bǐ）較簡單。因此，這種（zhǒng）方式適合加工（gōng）批量較大、工件（jiàn）品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展（zhǎn），目前大（dà）多數的數控係統都采用（yòng）任意選刀的（de）方式，其分（fèn）為刀套（tào）編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編（biān）碼或（huò）刀套編碼需（xū）要在刀具或刀套上安裝用於識（shí）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刀柄結構，並對每把刀具編（biān）碼。每（měi）把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具（jù）不用放回原刀座，刀庫的容量也（yě）可相應減少。但每把刀具上（shàng）都帶有專（zhuān）用的編碼環，刀具長（zhǎng）度加長，製造困難，刀庫和機（jī）械（xiè）手的結構變複雜。刀套編（biān）碼的方式是一把刀具隻（zhī）對應一（yī）個刀套，從一個刀套中（zhōng）取出的刀具必（bì）須放（fàng）回同一刀套中（zhōng），取送（sòng）刀具十（shí）分麻煩（fán），換刀時間長。目前（qián）在加工中心上大量使用記憶式的（de）方式。這種方式能將刀具號和刀庫中（zhōng）的刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放（fàng）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（zhì）檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣（yàng）刀具就可以任意取出（chū）並送回。刀（dāo）庫上還設有機（jī）械原點，使每次選刀（dāo）時就近選取。

三、刀具交換裝置（zhì）

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置（zhì）稱為刀具交換裝（zhuāng）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現刀具交換以及（jí）采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的（de）相對運動實現刀具交換的裝置在換刀（dāo）時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出（chū）新刀具（jù），兩（liǎng）個動作不能同（tóng）時進行，換（huàn）刀時間較長（zhǎng）。而采用機械手換刀裝置（zhì）在（zài）換刀時能夠同（tóng）時抓取和裝卸機（jī）床（chuáng）主軸和刀庫（kù）中的刀具，因此換刀時（shí）間進（jìn）一步縮短。采用機械手進（jìn）行刀具交換的方式應用最廣泛。這是（shì）因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手（shǒu）能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回（huí）等一係列動作。為了防止（zhǐ）刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖（suǒ）機構。