​數控機床（chuáng）的自動換刀（dāo）裝置，你認識幾種？

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數控機床為了能在工件一（yī）次裝夾中完成多道加工（gōng）工（gōng）序，縮短輔助時間，減少多（duō）次安裝工件所（suǒ）引起的誤差，必須帶有自（zì）動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀（dāo）時間短、刀具重複定位精（jīng）度高、刀具（jù）儲（chǔ）存量足夠、刀（dāo）庫占地麵積小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（huàn）刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用（yòng）於數控車床。可以設計成四（sì）方刀架、六角刀架或圓盤式軸（zhóu）向裝刀刀架等多（duō）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（àn）數控裝置的（de）指令（lìng）換刀。

回轉刀架在結（jié）構上必須具有良好的（de）強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削（xuē）加工精度在（zài）很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來（lái）說，加工過程中刀具位置不進行人（rén）工調（diào）整，因此更有必要選擇可靠的定（dìng）位方案（àn）和合理的定位結構，以（yǐ）保證（zhèng）回轉刀架在每次轉（zhuǎn）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（xià），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（huàn）主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

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（shí）現自動換（huàn）刀（dāo）。在轉塔的各個主軸上（shàng），預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具（jù），當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主（zhǔ）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（dāo）裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及（jí）刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮（suō）短了換刀時間（jiān），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，因而影響了主（zhǔ）軸係統的剛性。為（wéi）了保證（zhèng）主軸的剛性，必須限製主（zhǔ）軸的數目，否（fǒu）則會使結構尺寸增（zēng）大。因此，轉塔主軸頭通常隻（zhī）適用於工序較少、精度要求不（bú）太高的機床，例（lì）如數控鑽、銑（xǐ）床等。

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，不能滿足複雜零件的（de）加工需要，因此，自動換刀數控（kòng）機床多采用帶刀庫的自（zì）動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀（dāo）機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程（chéng）中使（shǐ）用的全部刀具分別（bié）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（shí），先在刀庫中選刀（dāo），再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進（jìn）行（háng）交換，將新刀（dāo）裝入（rù）主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安（ān）裝在主軸箱的側麵或上方。由於（yú）帶刀庫的自動換刀裝置的數控機（jī）床的主軸（zhóu）箱內隻有一根主軸，主（zhǔ）軸部件的剛度要高，以滿足精密加（jiā）工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠（gòu）進行複（fù）雜零件的多工序加工，大大提高（gāo）了機床的適應性和加工效率。帶刀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（de）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（xiè）手實現與主（zhǔ）軸上刀具（jù）的互（hù）換。刀庫的類（lèi）型有（yǒu）盤式（shì）刀庫（kù）、鏈式刀庫等多種（zhǒng）形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工（gōng）藝（yì）範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀（dāo）庫，刀（dāo）具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位（wèi）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（bèi）夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開（kāi）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（jiāng）下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準（zhǔn）的位置，刀庫（kù）後退將新（xīn）刀（dāo）具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸（zhóu）箱下降（jiàng）到工作位置，完成（chéng）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，換刀可靠性較好；缺點是換刀（dāo）時間（jiān）長，適用（yòng）於（yú）刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量（liàng）需要較（jiào）大的加工中心（xīn）可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫（kù）的結構（gòu）緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位（wèi）突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的（de）長度即可，給刀庫設計與製造帶來（lái）了方便（biàn）。

2. 刀具的選（xuǎn）擇方式

一般（bān）的刀庫內存放有多（duō）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和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要（yào）求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加（jiā）工不同的工（gōng）件時必須重新調整刀庫中的刀（dāo）具順序。其（qí）優點是刀庫的驅動和（hé）控製都比較簡單。因此（cǐ），這種方式適合加工批量較大、工件品種數（shù）量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統（tǒng）的發展，目前大多（duō）數的數控係統都采用任意選刀（dāo）的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都是根（gēn）據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選（xuǎn）刀方式采用了一種特殊的刀柄結（jié）構（gòu），並對（duì）每把刀具編碼。每把刀具都具有自（zì）己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使（shǐ）用，換下的刀具不用放回原刀座（zuò），刀庫的容（róng）量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變（biàn）複雜。刀套編碼的方式是（shì）一把刀具（jù）隻對應一個刀套，從一個刀套中（zhōng）取出的刀（dāo）具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，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（jiāng）刀具號和刀庫中（zhōng）的刀套位置對應（yīng）地記憶在數控係統的PLC中（zhōng），無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送（sòng）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

數控機床的（de）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稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀（dāo）庫（kù）與機床主軸的相對運（yùn）動實現刀具交換以及采用機械（xiè）手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對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（huí）刀庫，然後再從刀庫中取出新（xīn）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（zài）換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中（zhōng）的刀具，因此（cǐ）換刀時間（jiān）進一步縮（suō）短。采用機械手進行刀（dāo）具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動（dòng）作快，而且結構簡單。機（jī）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，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。