數（shù）控機床的自動換刀裝置（zhì），你認識幾種？

數控機（jī）床為（wéi）了能在工件一次裝夾（jiá）中完成多道加工工序（xù），縮（suō）短輔（fǔ）助時間，減少多（duō）次（cì）安裝工件所引起的誤差（chà），必須（xū）帶有（yǒu）自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短（duǎn）、刀具重（chóng）複定位精度高、刀具儲存量足夠（gòu）、刀庫占地麵積小以及（jí）安全可靠等基（jī）本要求。

一、自動（dòng）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（dòng）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（yuán）盤式軸向裝刀刀（dāo）架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀（dāo）具，並按數控裝置的指令（lìng）換刀。

回轉刀架在結構（gòu）上必須具有良好的強度和剛度（dù），以承受粗加工時的切（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（lǐ）的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定（dìng）位（wèi）精度（dù）（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的（de）換刀動作包括刀（dāo）架抬起、刀架轉位及（jí）刀架壓緊等。

2．更換主（zhǔ）軸（zhóu）頭換刀（刀具旋轉為（wéi）主運動）

更換主軸（zhóu）換刀是（shì）帶有旋轉刀具的數控機（jī）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種，通常用轉塔的轉位來更換主軸（zhóu）頭，以（yǐ）實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有各（gè）工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地（dì）轉到加工位置，並接通主（zhǔ）運動，使相應的（de）主（zhǔ）軸帶動刀具旋轉。而其它處（chù）於不加工位置上（shàng）的主軸都與主運動脫開（kāi）。

這（zhè）種更換主軸換刀裝置，省去（qù）了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮（suō）短了換刀時間，並提高了換刀的（de）可靠性。但是由於空（kōng）間位（wèi）置的限製，使主軸（zhóu）部件結構尺寸不能太大，因而影響了（le）主軸係統的剛性（xìng）。為了（le）保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則（zé）會使結構尺寸（cùn）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（tài）高的機床，例如數控鑽、銑（xǐ）床等。

3.帶刀庫（kù）的（de）自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀（dāo）裝置（zhì）容納的刀具數量（liàng）不能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀（dāo）數控機床多（duō）采用（yòng）帶（dài）刀庫的自動換刀裝置（zhì）。帶刀庫（kù）的自（zì）動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為（wéi）複雜。首先要把加（jiā）工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在（zài）機外（wài）進行尺寸預調整（zhěng）後（hòu），按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中（zhōng）選刀，再由換刀（dāo）裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀（dāo）裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀（dāo）庫（kù）具有較大的容量，既可安裝在主軸（zhóu）箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的（de）數控機床的主（zhǔ）軸箱內隻有一（yī）根主軸，主軸部件（jiàn）的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具（jù）數量較大，因（yīn）而能（néng）夠進行複雜零件的（de）多工序加工，大大提高了機床的（de）適應性（xìng）和加工效率。帶刀庫的自動換刀（dāo）係統適用於數（shù）控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫（kù）和（hé）刀（dāo）具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲（chǔ）備一定數量的刀具，通過（guò）機械手（shǒu）實現與主軸上（shàng）刀（dāo）具的互換（huàn）。刀庫的類型有盤式刀庫（kù）、鏈式（shì）刀庫等多種形式，刀（dāo）庫的形式和容量要根據機床的工（gōng）藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換（huàn）刀時主軸（zhóu）箱上升到一定的位置（zhì），使（shǐ）主軸上的刀具（jù）正好對準刀庫最下（xià）麵的那（nà）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（yùn）動，拔（bá）出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀（dāo）柄，主軸箱下降到工作位置，完成（chéng）換刀任務，進行下（xià）道工序的加工（gōng）。此換刀裝置的（de）優（yōu）點是結構簡單，成本較低，換刀（dāo）可靠性較好；缺點是換刀時間長（zhǎng），適用於刀庫容（róng）量較小的加工中心。

對於刀（dāo）庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的（de）結構緊（jǐn）湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可（kě）根（gēn）據機床的布局製（zhì）成各種（zhǒng）形狀，也（yě）可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻（zhī）需增加鏈條的長度即可，給刀（dāo）庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一（yī）般（bān）的刀庫內存放有多把刀具，每次（cì）換刀前要進行選刀，常用的選刀方（fāng）法有順序（xù）選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在加（jiā）工之前，將加工零件所需刀具按照工藝（yì）要求依次插入（rù）刀庫的刀套中，加工是按順序（xù）調刀，加工不同（tóng）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（qū）動和控製都比較簡單。因此，這種（zhǒng）方式適合加工（gōng）批量較大、工（gōng）件品種數量較（jiào）少的中、小型數控機床的自動換刀。

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

3. 刀（dāo）具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在（zài）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（zhì）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（měi）把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼（mǎ），因而刀具可在不同的（de）工序中多（duō）次重複使用，換下的刀具不用（yòng）放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少（shǎo）。但每把刀（dāo）具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀（dāo）庫（kù）和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套（tào）中取出的刀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（yòng）記憶式的方式。這種方式（shì）能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係（xì）統的PLC中，無論刀具放在（zài）哪個刀套（tào）內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上（shàng）裝（zhuāng）有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息（xī）。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上（shàng）還設有機械原（yuán）點，使（shǐ）每次選刀時就近選取（qǔ）。

三、刀（dāo）具交換裝置（zhì）

數控機床的自動換刀（dāo）裝置中，實現刀庫（kù）與機床主軸之間傳遞和裝（zhuāng）卸刀具（jù）的裝置稱為刀具交換裝（zhuāng）置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的（de）相對運動實現刀具交換以及（jí）采（cǎi）用機械手交換刀具。利用（yòng）刀（dāo）庫與機床（chuáng）主軸的相對運動實現刀具交（jiāo）換的裝置在換刀時（shí）必須首先將用過（guò）的（de）刀具送回刀庫（kù），然後再從刀庫中取出新刀具，兩個（gè）動作不（bú）能同時進行，換刀時間較長（zhǎng）。而采用機械（xiè）手換刀裝置在（zài）換刀時能夠同時抓（zhuā）取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用（yòng）機（jī）械手進行刀具交換的（de）方式應（yīng）用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，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—返回等一係列（liè）動作。為了防（fáng）止刀具掉落，機（jī）械手的活動爪都（dōu）帶（dài）有自（zì）鎖機構。