​數控機床的自動換（huàn）刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多（duō）道加工工（gōng）序，縮短輔助時間，減少多次安（ān）裝工件所引起的誤差，必須帶有（yǒu）自動換刀裝置。自動換刀裝（zhuāng）置應當滿足換刀時間短（duǎn）、刀具（jù）重複定位（wèi）精度高（gāo）、刀具儲（chǔ）存量足夠、刀庫占地麵（miàn）積小（xiǎo）以及安全可靠等基本要求。

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換刀裝置（zhì），常用於數控車床。可以設（shè）計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀（dāo）刀架等多種形式。回轉刀架（jià）上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在（zài）結構上必須具有良好的強度（dù）和剛度，以承受粗（cū）加工時的切（qiē）削抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具（jù）位置不進行人工調整，因（yīn）此更有必要（yào）選（xuǎn）擇可靠的定（dìng）位方案和合理的（de）定位結構，以保證回轉（zhuǎn）刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重（chóng）複定位精度（一般為（wéi）0.001～0.005mm）。

一般情況（kuàng）下，回轉刀架的換刀動作包（bāo）括刀架抬起、刀架轉位及刀架（jià）壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主（zhǔ）運動（dòng））

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床（chuáng）的一（yī）種比較簡單的（de）換刀方式。這（zhè）種主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主（zhǔ）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（yǒu）各工序所需要的旋轉刀具（jù），當發出換刀（dāo）指令時，各（gè）主軸頭依次（cì）地（dì）轉到加工位置（zhì），並接通主（zhǔ）運動，使相應的主軸帶（dài）動刀具（jù）旋轉。而其它處於不加工位置上（shàng）的主軸（zhóu）都與主運動脫（tuō）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（bān）運等一係列的複雜操作，從而縮（suō）短了換刀時間，並（bìng）提高了換刀的可靠性。但是由於空（kōng）間（jiān）位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係（xì）統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目（mù），否則會使結構（gòu）尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太高（gāo）的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自（zì）動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置（zhì）容納的刀具（jù）數（shù）量不能太多，不能滿足複（fù）雜零件（jiàn）的加工需要（yào），因（yīn）此，自動換刀數控機床多采用（yòng）帶刀庫（kù）的自動換刀裝置。帶刀庫的（de）自動換（huàn）刀裝置由刀庫和換（huàn）刀機構組（zǔ）成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過（guò）程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝（zhuāng）置（zhì）從刀庫或主（zhǔ）軸上取（qǔ）出刀具，進行（háng）交換，將（jiāng）新刀（dāo）裝入主軸，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（kù）的自動換刀裝置的數控機（jī）床的主軸箱內隻有（yǒu）一根主軸，主軸（zhóu）部件的剛度要高，以滿（mǎn）足（zú）精密加工要求。

另外，刀庫內刀具（jù）數量較（jiào）大，因而能夠進行複雜零件的多（duō）工序加工，大大提高了（le）機（jī）床的適應性和加（jiā）工效率（lǜ）。帶刀庫的自動（dòng）換刀係統適（shì）用於數控鑽削中（zhōng）心和加工（gōng）中心（xīn）。

二、刀庫和刀具（jù）的（de）選（xuǎn）擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀（dāo）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、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式（shì）和容量要根據機床的（de）工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫（kù），刀具的方向與主軸同向，換（huàn）刀時主軸箱上（shàng）升到一（yī）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的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動（dòng），拔出主軸上的（de）刀具，然後刀庫將下一個（gè）工序所（suǒ）用的刀具旋（xuán）轉至與主軸對準的（de）位置（zhì），刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可（kě）靠性較好；缺（quē）點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心（xīn）。

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（de）結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據（jù）機床的（de）布局製成各（gè）種形（xíng）狀，也可將（jiāng）換刀（dāo）位突（tū）出以便於換刀。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（dāo）具的（de）選擇（zé）方式

一般的刀庫內（nèi）存放有多把刀（dāo）具，每次換刀前要進行選刀，常用的選（xuǎn）刀方法有順序選刀和任意選（xuǎn）刀（dāo）兩種，順（shùn）序（xù）選刀是在加工之前，將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（diào）刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種（zhǒng）數量較少的中、小型數控機床（chuáng）的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係（xì）統（tǒng）都采用任意選刀的（de）方式，其分為刀套編（biān）碼、刀具（jù）編碼和記憶式等（děng）三（sān）種。

3.刀具編碼方式

刀具（jù）編碼或刀套編碼需（xū）要在刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀（dāo）具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每（měi）把刀具編碼。每（měi）把（bǎ）刀具都（dōu）具有自（zì）己的代碼，因而刀（dāo）具可在不同的工序中多（duō）次重複使用（yòng），換下的刀具不（bú）用放（fàng）回原刀座，刀庫的容量也可（kě）相應減少。但（dàn）每把刀具上都帶（dài）有（yǒu）專用（yòng）的編碼環，刀具（jù）長度加長，製造困難，刀庫（kù）和機械手的結構（gòu）變複雜。刀套編（biān）碼的方式（shì）是一把刀具（jù）隻對應一個刀套，從一個刀（dāo）套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換（huàn）刀時間長。目前在加工中心上大（dà）量使用（yòng）記憶式的方（fāng）式（shì）。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套（tào）位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內（nèi），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（kě）獲得每（měi）個刀套的位置信息（xī）。這樣刀具（jù）就可以任意取出並送（sòng）回。刀庫上還設（shè）有機械（xiè）原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床（chuáng）的自動換刀裝置（zhì）中（zhōng），實現（xiàn）刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸（xiè）刀具的裝（zhuāng）置稱為刀具交（jiāo）換裝置。刀具的（de）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（yǐ）及采（cǎi）用（yòng）機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對（duì）運（yùn）動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首先（xiān）將用過的刀具（jù）送（sòng）回刀庫，然後再從刀（dāo）庫中（zhōng）取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手（shǒu）換刀裝置在換刀時能夠同時抓取（qǔ）和裝卸（xiè）機床（chuáng）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的方式應用最（zuì）廣泛。這是因為（wéi）機（jī）械手換刀靈活，動作快，而且結構（gòu）簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都（dōu）帶有（yǒu）自鎖機構。