數控機床的自動（dòng）換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了能在工件（jiàn）一（yī）次裝夾中完成多（duō）道加工工序（xù），縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的（de）誤差，必須帶有自動換（huàn）刀裝置。自動換刀（dāo）裝（zhuāng）置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位（wèi）精度高、刀（dāo）具儲存量足（zú）夠、刀庫占地麵（miàn）積小以及安全可（kě）靠等基（jī）本要求（qiú）。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀（dāo）架換刀

回轉刀架（jià）是（shì）一種最簡單的自（zì）動換刀（dāo）裝置（zhì），常用於數（shù）控車床。可以設計成四方刀（dāo）架、六角刀架或圓盤式軸向（xiàng）裝刀刀架等多種形式。回（huí）轉刀架上分別安裝著四把、六把或更（gèng）多的刀（dāo）具，並（bìng）按數控（kòng）裝置的指令（lìng）換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和（hé）剛度，以承受粗加工時的切削（xuē）抗力。由於車削加（jiā）工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於（yú）數控車（chē）床（chuáng）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（de）定（dìng）位方案（àn）和合理（lǐ）的定位結構，以保（bǎo）證（zhèng）回轉刀架（jià）在（zài）每（měi）次轉位之後，具（jù）有盡可能高的（de）重複定位（wèi）精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情（qíng）況下（xià），回（huí）轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀（dāo）架轉位及刀架壓緊等（děng）。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更（gèng）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（de）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（wò）式和立式兩種，通（tōng）常用轉塔的轉（zhuǎn）位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在（zài）轉（zhuǎn）塔的各個主軸上（shàng），預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令（lìng）時，各主軸（zhóu）頭依次地轉到加工位（wèi）置，並接通（tōng）主運動，使相應的主軸帶（dài）動（dòng）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（zhuāng）刀以及刀具搬運（yùn）等一係列的複雜操作（zuò），從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可（kě）靠性。但是由於（yú）空（kōng）間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不（bú）能太大，因而影響了主軸係統的剛（gāng）性。為了保證主（zhǔ）軸的剛（gāng）性，必須限製主軸的數（shù）目，否則會使結構尺寸增大。因此（cǐ），轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫的自動換（huàn）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（mǎn）足複雜零件的加工（gōng）需（xū）要，因此，自動（dòng）換刀數控機床多采用帶刀庫的自動（dòng）換刀裝（zhuāng）置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工（gōng）過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機（jī）外進行尺寸預調整後，按一定的方式放（fàng）入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再（zài）由換刀裝置從（cóng）刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊（jiù）刀放回刀庫。刀庫具有較大的容（róng）量，既可安（ān）裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有（yǒu）一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀（dāo）庫內刀（dāo）具數量較大，因而（ér）能夠進（jìn）行複雜零件的多工序（xù）加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具（jù）的互換。刀庫的類型有盤式（shì）刀庫、鏈式刀庫等多種形式，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（xiàng）與主軸同向，換刀（dāo）時主軸箱上升到一（yī）定的位置，使主軸上的刀具正（zhèng）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（bǐng），盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀（dāo）具，然後刀庫將下一（yī）個工序所用的刀具旋轉（zhuǎn）至與主軸對準的位（wèi）置（zhì），刀庫後退將新刀具插入主軸孔中（zhōng），主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作（zuò）位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀（dāo）裝置的優點（diǎn）是結構簡單（dān），成（chéng）本較低，換刀可靠（kào）性較好；缺點是換刀（dāo）時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需（xū）要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖（tú）7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，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，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加（jiā）鏈條的長度即可，給（gěi）刀（dāo）庫設計與（yǔ）製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和（hé）任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零（líng）件所需刀（dāo）具按照工（gōng）藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按（àn）順序調刀，加工不同的工件時（shí）必須重（chóng）新調整刀庫中的（de）刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製（zhì）都比較簡單。因此，這種（zhǒng）方式適合加工批量較大、工件品種（zhǒng）數量（liàng）較少的中、小型（xíng）數控機床的（de）自（zì）動換刀。

隨著數控係統的發展（zhǎn），目前大多數的數控係統都采用任意選（xuǎn）刀的方式（shì），其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種（zhǒng）。

3. 刀具編碼方式

刀（dāo）具編碼或刀套編碼需（xū）要在刀具或（huò）刀套（tào）上（shàng）安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編（biān）碼的（de）原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了（le）一種特殊的（de）刀柄結（jié）構，並對每把刀具編碼。每把刀具（jù）都具有自己的代碼，因而刀（dāo）具可在（zài）不（bú）同的工序中多次重複使用，換下的刀具（jù）不用放（fàng）回（huí）原刀座（zuò），刀庫的容量也可相應減少。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複雜（zá）。刀套編碼（mǎ）的方式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，換刀時間長。目前（qián）在加工中（zhōng）心上大（dà）量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫（kù）中的刀套位置對應地記（jì）憶在數控係統的PLC中（zhōng），無論刀具放在哪個（gè）刀（dāo）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（zhì），可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以（yǐ）任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次（cì）選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝（zhuāng）置中，實現刀庫與機床（chuáng）主軸之間傳遞（dì）和裝卸刀具的（de）裝（zhuāng）置稱為刀具交（jiāo）換裝置。刀具的交換（huàn）方式有兩種（zhǒng）：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及采用機械手交換刀具。利用刀庫（kù）與機床主軸的相對運動實現（xiàn）刀具交換的裝（zhuāng）置在換刀時必須首先將用過的刀具送回（huí）刀庫，然後再（zài）從刀庫中取出新（xīn）刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時（shí）間較長。而采用機械（xiè）手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床（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廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡（jiǎn）單。機械手能夠完成（chéng）抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作（zuò）。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。