控機床的自動換刀（dāo）裝置，你認識幾種？

數控機床（chuáng）為了能在工件一次裝夾中完成多道加工（gōng）工序，縮短輔助時間，減（jiǎn）少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有（yǒu）自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足（zú）換刀時間短、刀具重複定位精（jīng）度高、刀具（jù）儲存（cún）量足夠、刀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（jià）換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數（shù）控（kòng）車床。可以設（shè）計（jì）成四（sì）方刀架、六角刀架或圓盤式軸（zhóu）向裝刀（dāo）刀架等（děng）多種形式。回轉刀架上（shàng）分別安裝著四把、六把或（huò）更多的刀具（jù），並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和（hé）剛度（dù），以承（chéng）受粗加工時的切削（xuē）抗力。由於（yú）車（chē）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（yīn）此更（gèng）有必要選擇可靠的定位方案和合（hé）理的定位結構，以保證回轉刀（dāo）架在每（měi）次轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架（jià）轉位及刀架壓緊等。

2．更（gèng）換主軸頭換（huàn）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（jiǎn）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（zì）動換刀。在轉塔的（de）各個主（zhǔ）軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出（chū）換（huàn）刀指令時（shí），各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運（yùn）動，使相應的主軸帶動刀（dāo）具旋轉。而其它處於不加工位置上（shàng）的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝（zhuāng）置，省去了（le）自（zì）動鬆（sōng）、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（le）換刀時間，並提高了換（huàn）刀的可靠性（xìng）。但是由於空間位置的限製（zhì），使主軸部件結構尺寸不能（néng）太大，因而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否（fǒu）則（zé）會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較（jiào）少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

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（bú）能（néng）滿足複雜（zá）零件的加工需要，因（yīn）此，自動換刀數（shù）控機（jī）床多采用（yòng）帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置由刀庫（kù）和換刀機構組成，換（huàn）刀過程（chéng）較（jiào）為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在（zài）標（biāo）準刀柄上（shàng），在機外進行尺寸預調整後，按（àn）一定的（de）方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再（zài）由換刀裝置（zhì）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（kù）。刀庫具有較大的容量，既可安裝（zhuāng）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床的主軸箱（xiāng）內（nèi）隻有一根主軸，主軸部件（jiàn）的剛度要高，以滿足精密加工要求（qiú）。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零（líng）件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工（gōng）效率。帶刀庫的自（zì）動換刀係統適用於（yú）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（lèi）型

刀庫的作用是儲備（bèi）一定數量的刀具，通過機械（xiè）手實現與主軸（zhóu）上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多（duō）種形式，刀庫（kù）的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖（tú）7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升（shēng）到一定的位置，使主軸上的刀具正好對準刀庫（kù）最（zuì）下麵的那個位置，刀具被夾住（zhù），主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔（bá）出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個（gè）工序所用的刀具旋轉至（zhì）與主軸對準的位（wèi）置，刀（dāo）庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸（zhóu）夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任（rèn）務，進行下道（dào）工序的加工。此（cǐ）換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適（shì）用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容（róng）量需要較大（dà）的加工（gōng）中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構（gòu）緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形（xíng）狀可根據（jù）機床的布局製成各（gè）種形狀，也可將換刀位（wèi）突（tū）出以便於換刀。當需要增加刀具數量（liàng）時，隻需（xū）增加鏈條的長（zhǎng）度即（jí）可，給刀庫設計與製造帶（dài）來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般（bān）的刀庫內存（cún）放（fàng）有多把刀（dāo）具（jù），每次換刀前要進行選刀，常用的（de）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（qián），將加工零件所需刀（dāo）具按（àn）照工藝（yì）要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同（tóng）的工件時必須重新調（diào）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（jiǎn）單。因此，這（zhè）種方式適合加工批量較大、工件品（pǐn）種數量較少的中、小型數控機床的自動（dòng）換刀。

隨（suí）著數控係統的發展，目前大多數的數控係（xì）統（tǒng）都（dōu）采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶（yì）式等三種。

3. 刀具編（biān）碼方式（shì）

刀具編碼或刀套編碼（mǎ）需要在刀（dāo）具或刀套上安裝用於識（shí）別的編碼條，一般都是根據二（èr）進製（zhì）編碼的原（yuán）理進行編碼。刀具編碼選刀（dāo）方式采用了一種特殊（shū）的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把（bǎ）刀具都具有自己的代（dài）碼，因（yīn）而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的（de）刀具不（bú）用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用（yòng）的編碼（mǎ）環（huán），刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式（shì）是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀（dāo）具十分麻煩（fán），換刀時間長。目前在加工中心上大量使（shǐ）用記憶式的方式。這種方式能將（jiāng）刀具號和刀庫中的刀套位置對應地（dì）記憶（yì）在數控係（xì）統的（de）PLC中，無論刀具放在哪個刀（dāo）套內，刀（dāo）具信息都始終記（jì）存在PLC內（nèi）。刀庫上裝有位置（zhì）檢測裝置，可獲得每（měi）個刀套（tào）的位置信息。這樣刀具就可以任意取出（chū）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（jù）交換（huàn）裝置

數控機床的自動換刀裝（zhuāng）置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具（jù）的裝（zhuāng）置稱為刀具交換裝置。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（huàn）以及采用機（jī）械手（shǒu）交換刀具。利用（yòng）刀庫與機床主軸的相對運（yùn）動實（shí）現刀具交換的裝（zhuāng）置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再（zài）從刀庫中取（qǔ）出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置（zhì）在換刀（dāo）時（shí）能夠同時抓取和裝卸機（jī）床主軸和刀庫中的刀具（jù），因此換刀時間（jiān）進一步（bù）縮（suō）短。采用機（jī）械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是（shì）因為機械手換刀靈活，動（dòng）作快，而且結構（gòu）簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉（zhuǎn）—插刀—返回等（děng）一（yī）係列動作。為了防（fáng）止刀（dāo）具掉落，機（jī）械手（shǒu）的活動（dòng）爪都帶有自鎖（suǒ）機構。