數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種（zhǒng）？

數控機床為了能在工件一（yī）次裝夾中（zhōng）完成多道加（jiā）工工序，縮短輔助時間，減少多次安（ān）裝工件所引起的誤差，必（bì）須帶（dài）有自動換刀裝置。自動換刀裝（zhuāng）置應當滿足換刀時間短、刀具重複（fù）定位精度高、刀具（jù）儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換（huàn）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換刀裝置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把（bǎ）、六把（bǎ）或更多的刀具，並按數控裝置的指（zhǐ）令換刀。

回轉刀架（jià）在結構上必（bì）須（xū）具有良（liáng）好（hǎo）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（dà）程度上取決於刀（dāo）尖位置，對於數控車床來說，加工（gōng）過程中刀（dāo）具位置（zhì）不進行人工（gōng）調（diào）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，以保證回轉刀架在每次（cì）轉位（wèi）之後，具有盡（jìn）可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（刀具旋（xuán）轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉（zhuǎn）刀具的數控機床的一種比較（jiào）簡單的換刀方式。這種（zhǒng）主軸頭實際（jì）上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有（yǒu）臥式和立式（shì）兩種，通常用轉塔的（de）轉位來（lái）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（suǒ）需要的旋轉刀具，當發出換刀指令（lìng）時，各（gè）主（zhǔ）軸頭依次地轉到加（jiā）工（gōng）位置，並接通主運動，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（zhóu）都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝（zhuāng）置，省（shěng）去了（le）自動（dòng）鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具（jù）搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換（huàn）刀時間，並提高了換刀（dāo）的可靠性。但是由於空間位置的限（xiàn）製（zhì），使（shǐ）主軸部（bù）件結構尺寸不能太大，因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（yú）工（gōng）序較少、精度（dù）要求不太高的機床，例如數控（kòng）鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換（huàn）刀裝置容納的刀具數量不能太（tài）多，不（bú）能滿足複雜（zá）零件的加工需（xū）要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置（zhì）由刀庫（kù）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刀（dāo）具分別安裝在標（biāo）準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫（kù）。換刀時，先在刀庫中（zhōng）選刀，再由換刀裝（zhuāng）置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交（jiāo）換，將新刀裝入（rù）主軸（zhóu），舊刀放回（huí）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）主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的（de）剛度要高，以滿足精（jīng）密（mì）加工（gōng）要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠（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（lǜ）。帶刀（dāo）庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心。

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數量的刀具，通過機械手實現與主（zhǔ）軸上刀具的互換。刀庫的（de）類型有（yǒu）盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要（yào）根（gēn）據機床的工（gōng）藝範圍來確定。圖7-16所示（shì）的盤式（shì）刀庫，刀具的方向與主軸（zhóu）同向，換刀時主軸箱上升到一定（dìng）的位置，使主軸（zhóu）上的刀具正好對準刀（dāo）庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開（kāi）刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸（zhóu）上（shàng）的（de）刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主（zhǔ）軸對準（zhǔn）的位置，刀庫後退將（jiāng）新刀具插入主軸孔中（zhōng），主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成（chéng）換刀任務，進行下道工序（xù）的加工。此換刀裝置的優點是結（jié）構簡單，成本較低（dī），換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀（dāo）庫容量需要較（jiào）大的加工中心可采用鏈（liàn）式刀庫（kù）（圖7-17），鏈（liàn）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（bù）局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於（yú）換（huàn）刀。當需要增加（jiā）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（le）方便。

2. 刀具的選（xuǎn）擇方式（shì）

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀（dāo）前要進行選（xuǎn）刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩（liǎng）種，順序選刀（dāo）是在加工之前，將加（jiā）工零件所需刀具按照工藝要求依次插入（rù）刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的（de）工件時必須（xū）重新調整刀庫中的（de）刀具順序。其（qí）優點是刀庫的驅（qū）動和控製都比較簡單。因此，這種（zhǒng）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（dāo）。

隨（suí）著數（shù）控係統的發展，目前大多數（shù）的數控（kòng）係統都采用任（rèn）意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶（yì）式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀（dāo）套編碼需要在刀具或刀套上（shàng）安裝用於識別（bié）的編碼（mǎ）條，一般都是根據二進製編碼的（de）原理進行編碼。刀具編碼選刀方（fāng）式采用了一種特殊（shū）的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀（dāo）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（kù）的容量也可相應減少。但每把刀具上都（dōu）帶有專用（yòng）的編碼環，刀具長度（dù）加長，製造困難，刀庫和機械手的結（jié）構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對（duì）應一（yī）個刀套，從（cóng）一個刀套（tào）中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送（sòng）刀具十分麻煩，換刀時間（jiān）長。目前在加工中心上大量（liàng）使（shǐ）用（yòng）記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置（zhì）對應地記憶在數控係統的PLC中（zhōng），無論刀具放在哪個刀套內，刀具信（xìn）息都始終記存在PLC內。刀（dāo）庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每（měi）個刀套的位置（zhì）信息。這（zhè）樣刀具就可以任意取出並（bìng）送（sòng）回。刀（dāo）庫上還設有機械原（yuán）點，使每（měi）次選刀時就近選（xuǎn）取。

三、刀具交換（huàn）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傳遞和裝（zhuāng）卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的（de）交換方式有兩種：由（yóu）刀庫與（yǔ）機床主軸的相（xiàng）對（duì）運動實現刀具交換（huàn）以及采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運（yùn）動實現（xiàn）刀具（jù）交換的裝置在換（huàn）刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀（dāo）庫（kù）中取出新刀具，兩個（gè）動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用（yòng）機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫（kù）中的刀具，因此換（huàn）刀時間進一步縮短（duǎn）。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械（xiè）手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓（zhuā）刀—拔刀—回轉—插刀—返回等（děng）一係列動作。為了防止刀具掉落（luò），機械手的活動爪（zhǎo）都帶有自鎖機構。