​數控機床（chuáng）的自（zì）動換刀裝置，你認識幾種？

　　

數控機床為了能（néng）在工件一次裝（zhuāng）夾中（zhōng）完成多道加工工（gōng）序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所（suǒ）引起（qǐ）的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀（dāo）時間短、刀具重複（fù）定位精度（dù）高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以（yǐ）及安全可靠（kào）等基本要（yào）求。

 

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架（jià）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（fāng）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、六把或更多的刀具，並按數控（kòng）裝置的（de）指令換刀。

回（huí）轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度（dù），以承受粗（cū）加工時的切（qiē）削抗力。由於（yú）車削加工（gōng）精度在很大程度上取決於刀（dāo）尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置（zhì）不進行人工調（diào）整，因（yīn）此更（gèng）有必要選擇可（kě）靠（kào）的（de）定（dìng）位方（fāng）案和合理的定（dìng）位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之（zhī）後，具有（yǒu）盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

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

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主（zhǔ）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（shì）一個轉塔刀庫。

主軸（zhóu）頭（tóu）有臥式和立式（shì）兩種，通常（cháng）用轉塔的轉位來更換主軸（zhóu）頭，以實現自動（dòng）換刀（dāo）。在轉塔的（de）各個（gè）主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各（gè）主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動（dòng），使相（xiàng）應的主軸帶動刀具旋轉。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（zhǔ）軸換刀裝置，省去了（le）自動鬆、夾、卸刀、裝刀以（yǐ）及刀具搬運等一係列的複雜（zá）操（cāo）作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的（de）可（kě）靠性。但是由於空間位置的限（xiàn）製，使主軸部件結構尺寸不能太大（dà），因而影（yǐng）響了主軸係統的剛性。為了保證主軸（zhóu）的剛性，必須限製（zhì）主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常（cháng）隻適用於工序（xù）較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫（kù）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加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀（dāo）庫（kù）的自動換刀裝（zhuāng）置。帶刀庫（kù）的自動換刀裝置由刀庫和換（huàn）刀機構組成，換（huàn）刀過程（chéng）較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分（fèn）別安裝在標（biāo）準刀柄上，在（zài）機（jī）外（wài）進行尺寸預調整後，按一定的方（fāng）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出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫（kù）具有較（jiào）大的容量，既可安（ān）裝在主軸箱的側麵或上（shàng）方。由於帶刀（dāo）庫的自動換刀（dāo）裝置的數控機床的主軸箱內隻（zhī）有一根主軸，主軸部（bù）件的剛（gāng）度要高，以（yǐ）滿（mǎn）足精密加工要求（qiú）。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜（zá）零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換（huàn）刀（dāo）係統適用於數控鑽削中心和加工中（zhōng）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（bèi）一定數量的（de）刀具，通過機械手實（shí）現與主軸上刀具的互換（huàn）。刀庫的類型有盤式刀（dāo）庫、鏈式刀庫等多（duō）種形（xíng）式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝（yì）範圍來確（què）定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸（zhóu）箱上升到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫最下麵的那（nà）個位置，刀（dāo）具被夾住，主軸在CNC的（de）控製下，鬆開（kāi）刀柄，盤式（shì）刀（dāo）庫向前運（yùn）動（dòng），拔出（chū）主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工（gōng）序所（suǒ）用的刀具旋轉（zhuǎn）至（zhì）與主軸對準的位置，刀庫（kù）後退將新（xīn）刀具插入主軸孔中，主（zhǔ）軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成（chéng）換（huàn）刀任務，進（jìn）行下道（dào）工序的加工（gōng）。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本（běn）較低，換刀可靠性較好；缺點是（shì）換刀（dāo）時間長，適用於刀庫容量（liàng）較小的加工中心。

對於刀（dāo）庫（kù）容量需（xū）要（yào）較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊（còu），刀庫容量（liàng）較大，鏈（liàn）環的形（xíng）狀可根據機床的（de）布局製成（chéng）各種形狀，也可將換刀位突出（chū）以便於換刀。當需（xū）要（yào）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了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫（kù）內存放有（yǒu）多把刀具，每（měi）次換（huàn）刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序（xù）選刀和任意（yì） 選（xuǎn）刀（dāo）兩種，順序（xù）選刀是在加工之前，將（jiāng）加工零件（jiàn）所需（xū）刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的（de）工件（jiàn）時必須重新調整刀庫中的（de）刀具順序。其優點是刀庫的驅動和（hé）控製都比較簡（jiǎn）單。因此，這種（zhǒng）方式適合加工批量較大、工件（jiàn）品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係統都采用任意選刀（dāo）的方式，其分為（wéi）刀套編（biān）碼、刀具編碼和記憶（yì）式等三種（zhǒng）。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼（mǎ）需要在刀具或刀套上安裝用於識別（bié）的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采（cǎi）用（yòng）了一（yī）種特（tè）殊的刀柄結構，並對每把刀具編（biān）碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次（cì）重複（fù）使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具（jù）上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製（zhì）造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編（biān）碼的方式是（shì）一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中（zhōng）取出的刀具必須放回同一刀（dāo）套中，取送刀具十分（fèn）麻煩（fán），換刀時間（jiān）長。目前在加工中心上大量使用記憶式的（de）方（fāng）式。這種（zhǒng）方式能將刀具號（hào）和刀庫中的刀套（tào）位置對應地記憶在數控（kòng）係統的PLC中，無論刀具放（fàng）在哪個刀套內，刀具信息都始終記（jì）存在PLC內。刀庫上裝有（yǒu）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（qǔ）出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選（xuǎn）取。

 

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換（huàn）刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝（zhuāng）置稱為（wéi）刀具交換裝置。刀（dāo）具的交換方（fāng）式有兩種（zhǒng）：由（yóu）刀庫與（yǔ）機床主軸的相對運動實現刀具（jù）交換以及采用（yòng）機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運動（dòng）實現刀具（jù）交換的裝置在換刀（dāo）時必須首先將用過的刀（dāo）具（jù）送回刀庫，然後（hòu）再從刀庫（kù）中取出新刀（dāo）具，兩個動作（zuò）不能同時進行，換（huàn）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中的（de）刀具，因此換刀時間進一步（bù）縮短。采用機械手（shǒu）進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為（wéi）機械手換刀靈活（huó），動作快，而且結構簡（jiǎn）單（dān）。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉（zhuǎn）—插刀—返回等一係列動作。為了（le）防止刀具掉落，機（jī）械手（shǒu）的活動爪都帶有自鎖機構。