數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控（kòng）機床為了能（néng）在工件（jiàn）一次裝夾中完成多道加工工序，縮短（duǎn）輔助時間（jiān），減少多次安裝工件所（suǒ）引起的誤差，必須帶有（yǒu）自動換刀裝置。自（zì）動換刀裝置應當滿足換（huàn）刀時間短、刀具重複定位（wèi）精度（dù）高、刀（dāo）具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安（ān）全（quán）可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置（zhì）的（de）形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單（dān）的（de）自動換（huàn）刀裝置，常用於數控車床。可（kě）以設（shè）計成四（sì）方刀架、六角刀架或圓盤式軸向（xiàng）裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安（ān）裝著四把、六把或更（gèng）多的刀具，並按數控裝置的（de）指令換刀。

回轉刀架在結構上（shàng）必須具有（yǒu）良好的強（qiáng）度和剛度，以承受粗加（jiā）工（gōng）時的切削抗力。由於車削加工精度在很（hěn）大（dà）程度上取決於刀尖位置，對（duì）於數控車床來說（shuō），加工（gōng）過（guò）程中刀具位置不（bú）進行人工（gōng）調整（zhěng），因此更有必（bì）要選擇可（kě）靠的定位方案（àn）和合理的定（dìng）位結構，以保（bǎo）證回轉刀架在每次（cì）轉位（wèi）之後，具有盡可能高的重複定位精（jīng）度（一般為0.001～0.005mm）。

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

2．更換主軸頭換刀（刀具旋（xuán）轉為主運動）

更換主軸換（huàn）刀（dāo）是帶（dài）有旋轉刀具（jù）的數控機床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際（jì）上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩（liǎng）種，通常用轉塔的轉位來更換主（zhǔ）軸（zhóu）頭，以（yǐ）實現自（zì）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，各主軸頭依（yī）次地轉到加工位置，並接通主運動，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、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜（zá）操作，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限製，使（shǐ）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（le）保證主軸（zhóu）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（zhuǎn）塔主軸頭通常（cháng）隻適（shì）用於工序較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫（kù）的自動換刀係統

由於回（huí）轉（zhuǎn）刀架、轉塔頭式換刀裝置容（róng）納的刀具數量不（bú）能太多，不能（néng）滿足複雜零件的加工需要，因此，自動（dòng）換刀數控機床多（duō）采用帶（dài）刀（dāo）庫的自動換刀裝置。帶刀庫的（de）自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部（bù）刀具分別安裝在標準刀柄上（shàng），在機外進行尺寸預（yù）調整後，按一（yī）定的方式（shì）放入刀庫。換刀時，先在刀庫（kù）中選刀，再（zài）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（jù）有較大的容量，既可（kě）安裝在主（zhǔ）軸箱的側麵或上方（fāng）。由（yóu）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，主軸部件的剛度要高，以（yǐ）滿足精（jīng）密加工要求。

另外，刀庫內刀具數（shù）量較大，因而（ér）能夠（gòu）進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加（jiā）工效率。帶刀庫（kù）的自（zì）動換刀係統適用（yòng）於（yú）數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫（kù）和刀具的選（xuǎn）擇方（fāng）式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，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（kù）等多種形式，刀庫的形式和容量要（yào）根據機床的工藝範圍（wéi）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（dāo）時（shí）主軸箱上升到一定的位置，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（zhì）下，鬆開刀（dāo）柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫（kù）將下一個工序所（suǒ）用的刀具旋轉至與主軸對準的（de）位置，刀庫後退將新刀（dāo）具插入主軸孔中（zhōng），主軸夾（jiá）緊刀柄，主軸箱下降到工（gōng）作位置，完成換刀任務，進行下道工序的（de）加工。此換（huàn）刀裝置的優（yōu）點是結構簡（jiǎn）單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適（shì）用於刀庫容量較（jiào）小的加工中心。

對於刀庫（kù）容量需要較大的加（jiā）工中心可采用（yòng）鏈（liàn）式刀庫（圖（tú）7-17），鏈式（shì）刀庫的（de）結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機（jī）床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於（yú）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（xuǎn）擇方（fāng）式（shì）

一般的刀庫內存放有多把刀（dāo）具（jù），每次換刀前要進（jìn）行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和（hé）任意 選（xuǎn）刀兩種，順序選（xuǎn）刀是在加（jiā）工之（zhī）前，將加工（gōng）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（dāo），加工（gōng）不同的工件時必須重新（xīn）調整（zhěng）刀庫中的刀具順序（xù）。其優點是刀庫（kù）的驅動和控製都比較簡單（dān）。因此，這種方（fāng）式（shì）適合加工批量較大、工件（jiàn）品種數量較少的中、小（xiǎo）型數控機床的自動換刀。

隨著數控（kòng）係統（tǒng）的發展，目前大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其（qí）分為刀（dāo）套編碼、刀具（jù）編碼和記（jì）憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要（yào）在刀具或刀套上安裝用（yòng）於識別（bié）的（de）編碼（mǎ）條，一般都是根據二進（jìn）製編碼的原理進（jìn）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。每把刀（dāo）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，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀（dāo）具上都（dōu）帶有專用的編碼（mǎ）環，刀具長（zhǎng）度加長，製造困難（nán），刀庫和機械手的（de）結構（gòu）變複雜。刀套編碼的方（fāng）式是一把（bǎ）刀具隻對應一個刀套（tào），從一個刀套中取出的刀（dāo）具必須放回同一（yī）刀套中，取送刀具十分麻（má）煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號（hào）和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係（xì）統的PLC中，無論（lùn）刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測（cè）裝置，可獲得每個刀套（tào）的（de）位置信息。這樣刀具就可（kě）以任意取出（chū）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（kòng）機床（chuáng）的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳（chuán）遞和裝卸刀具的裝（zhuāng）置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動（dòng）實現刀具交換以及采用（yòng）機械手交換刀具。利（lì）用刀庫與機床主軸的相對運動實現（xiàn）刀具交（jiāo）換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再（zài）從刀庫中取出新刀具，兩個（gè）動作不能同時進行，換刀時間（jiān）較長。而采用機械手換（huàn）刀裝置在換刀時能夠同時抓（zhuā）取和（hé）裝卸機床主軸和刀庫中（zhōng）的刀具，因此換（huàn）刀時間進一步縮（suō）短。采用機械手進行（háng）刀具交換的方式（shì）應用最廣泛（fàn）。這是因為機械（xiè）手換刀靈活，動作（zuò）快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀（dāo）—返回等一係（xì）列動作。為（wéi）了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。