控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控（kòng）機床為（wéi）了能（néng）在工件一次（cì）裝（zhuāng）夾中完成多道加工工序，縮（suō）短輔助時間，減少多次安裝工件（jiàn）所引起的誤（wù）差（chà），必須（xū）帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占（zhàn）地麵積小以及安全可靠等基本要（yào）求。

一（yī）、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回（huí）轉刀（dāo）架是一種最簡（jiǎn）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（dāo）架等多種形式（shì）。回轉刀架（jià）上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並（bìng）按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好（hǎo）的強度和剛度，以承受粗加工時（shí）的切削抗力。由於車削加工精度在很大程度上取（qǔ）決於刀尖位置，對於數控車床（chuáng）來說，加工（gōng）過程中刀具（jù）位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以（yǐ）保證回轉刀架在每次轉（zhuǎn）位之後，具有盡可能高的重複定（dìng）位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀（dāo）動作包括（kuò）刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊（jǐn）等。

2．更換主軸（zhóu）頭換刀（dāo）（刀具旋（xuán）轉為主（zhǔ）運動）

更（gèng）換主軸換（huàn）刀是帶有旋轉刀具的數控機床的（de）一種比較簡（jiǎn）單的換刀方式。這種主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫（kù）。

主軸頭有臥式和立（lì）式兩種，通常用轉塔的轉位來（lái）更換主軸頭，以實現自動（dòng）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（lìng）時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並（bìng）接通（tōng）主運動，使相應的主軸帶動刀（dāo）具旋轉。而其它處於不（bú）加（jiā）工位置上的（de）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（xiè）刀、裝刀以及刀具搬（bān）運等一係列的複雜操作，從而縮短了換（huàn）刀時間，並提高了換刀的可靠性。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（yǐng）響了主軸係統的剛性。為了保證（zhèng）主軸的剛性，必須限製主（zhǔ）軸的數目（mù），否則會使結（jié）構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序（xù）較少、精度要（yào）求不太高的機床，例如數（shù）控鑽、銑床等（děng）。

3.帶刀庫的自動換刀（dāo）係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝（zhuāng）置（zhì）容納的刀具數量（liàng）不（bú）能（néng）太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因（yīn）此，自動換刀（dāo）數控機床多采用帶刀庫的自（zì）動（dòng）換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫（kù）和換刀（dāo）機構組成，換刀過程較為複（fù）雜。首先要把（bǎ）加工過程中使用的全部（bù）刀具分別安裝在（zài）標準刀柄上，在（zài）機外進行尺寸預調整後，按一（yī）定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取（qǔ）出（chū）刀（dāo）具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊（jiù）刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既（jì）可安裝在主軸箱的側麵或上（shàng）方（fāng）。由於帶（dài）刀（dāo）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（de）剛度要（yào）高，以（yǐ）滿足精（jīng）密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多（duō）工（gōng）序加工，大（dà）大提高了機床的適應性（xìng）和加工效率。帶刀庫的自動換（huàn）刀係統適（shì）用於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和（hé）刀具的選擇方（fāng）式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過（guò）機械手實現（xiàn）與主軸（zhóu）上刀具的（de）互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式（shì）刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機（jī）床的工藝範圍來確定。圖7-16所示（shì）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位置（zhì），使主軸上的刀具正好對（duì）準（zhǔn）刀庫最下麵的那個（gè）位置，刀具被夾住，主軸在CNC的（de）控製下（xià），鬆（sōng）開（kāi）刀柄，盤式刀庫（kù）向前運動，拔出主軸上（shàng）的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀（dāo）具旋轉至與主軸對（duì）準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到（dào）工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加（jiā）工（gōng）。此（cǐ）換刀裝置的優點是（shì）結構（gòu）簡單，成（chéng）本（běn）較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時（shí）間長，適用於刀庫容量較（jiào）小的加工中心。

對於刀庫容量需要較（jiào）大的加工（gōng）中心可采用（yòng）鏈（liàn）式刀庫（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（gè）種形（xíng）狀，也（yě）可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量（liàng）時，隻需增加鏈（liàn）條（tiáo）的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式（shì）

一般（bān）的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀（dāo）和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工（gōng）零件所需（xū）刀具（jù）按照（zhào）工藝要求依次插入刀庫（kù）的刀套中（zhōng），加工是（shì）按順（shùn）序調（diào）刀，加工（gōng）不同的工件時必須重新調整刀庫（kù）中（zhōng）的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此（cǐ），這種方（fāng）式適合（hé）加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機（jī）床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目（mù）前大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式（shì）等三種。

3. 刀具編碼方式

刀（dāo）具編碼（mǎ）或刀套編碼需（xū）要在刀具或刀套上安裝用於識別的（de）編碼條，一般（bān）都是根據二進（jìn）製編碼（mǎ）的原理進行編（biān）碼（mǎ）。刀（dāo）具編碼選刀方式采用了一種特殊（shū）的刀柄結構，並對每把刀具編碼（mǎ）。每把刀具都具有自己的代（dài）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（jiǎn）少。但每把刀具上都帶有專（zhuān）用的編碼環，刀具長（zhǎng）度（dù）加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複（fù）雜（zá）。刀套編碼（mǎ）的方式是一把刀具隻對應（yīng）一（yī）個刀套，從一個（gè）刀套中取出的刀具必須放回同一（yī）刀套（tào）中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前（qián）在加工中心上大量使用記憶（yì）式的方式。這種方式能（néng）將刀（dāo）具（jù）號和刀庫中的刀套位置（zhì）對應地（dì）記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在（zài）哪個刀套內，刀具信息都（dōu）始（shǐ）終記存在PLC內。刀庫上裝有位（wèi）置檢測裝（zhuāng）置，可獲得每個刀套的（de）位置信息。這樣（yàng）刀具就可（kě）以任意取出並送回。刀（dāo）庫上還設有（yǒu）機械原點，使每次選刀（dāo）時（shí）就近選取。

三、刀具交換裝置（zhì）

數控機床的自（zì）動換（huàn）刀裝置中，實現刀庫與機（jī）床主（zhǔ）軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀（dāo）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實現刀具交換以及采用機械手交換刀具。利用刀（dāo）庫與機床主軸的相對（duì）運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出（chū）新刀具，兩個動作不能同時進（jìn）行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時（shí）能夠同（tóng）時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因（yīn）此換刀時間進一（yī）步縮短。采用機械手進行刀（dāo）具交（jiāo）換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀（dāo）—回轉—插刀（dāo）—返回等一係列動作（zuò）。為了防止（zhǐ）刀具掉落，機械（xiè）手的活動爪都帶（dài）有自鎖機構。