​​數控機（jī）床的自動換刀裝置（zhì），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工序（xù），縮短輔助時間，減（jiǎn）少多次安裝工（gōng）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換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀（dāo）庫占（zhàn）地麵積小以（yǐ）及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀（dāo）裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六（liù）角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉（zhuǎn）刀架上分別安裝著四把、六（liù）把或（huò）更多的刀具，並按數（shù）控裝置的指令（lìng）換刀。

回（huí）轉刀架在結構（gòu）上必須具有良好的強度和剛度，以承受（shòu）粗加工時的切削（xuē）抗力。由於車削加工精度在很大（dà）程度（dù）上取決於（yú）刀尖位置（zhì），對於數控車（chē）床來說（shuō），加工過程中刀具位置不進行人工調整（zhěng），因此更有必要選擇可靠的定位方案（àn）和合（hé）理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能（néng）高的重複定位精度（一般（bān）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、刀架轉位及刀架（jià）壓緊等。

2．更換主軸頭（tóu）換刀（刀具旋轉為（wéi）主運（yùn）動）

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

是一個（gè）轉塔刀（dāo）庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通（tōng）常用轉（zhuǎn）塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔（tǎ）的（de）各個（gè）主軸（zhóu）上，預先安（ān）裝有各工序所需（xū）要的旋轉刀具，當發出換（huàn）刀指令時，各主軸頭依次地（dì）轉到加工位（wèi）置，並接通主運動，使相應的主軸帶（dài）動刀具（jù）旋轉。而其它處（chù）於不（bú）加（jiā）工位置上的（de）主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀（dāo）裝置，省去了（le）自動鬆（sōng）、夾、卸（xiè）刀、裝刀以及刀具搬運（yùn）等一係列的複雜操作，從而（ér）縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位（wèi）置的限製，使主軸部件結構尺寸（cùn）不能太大，因而影響（xiǎng）了主軸係統的（de）剛性。為了保證主軸的剛性，必須限（xiàn）製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因（yīn）此，轉塔主軸頭通常隻適（shì）用於工序較少、精度要求（qiú）不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的（de）自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置（zhì）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庫的自動（dòng）換刀（dāo）裝置。帶刀庫的自動換刀裝置（zhì）由刀庫和換刀機構組成，換刀過（guò）程較為複（fù）雜。首（shǒu）先要（yào）把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄（bǐng）上，在機外進（jìn）行尺寸預（yù）調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置（zhì）從刀庫或主軸上（shàng）取出刀具，進行交換（huàn），將新刀裝入（rù）主軸，舊刀放（fàng）回刀（dāo）庫（kù）。刀（dāo）庫（kù）具有較大的容量，既（jì）可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於（yú）帶（dài）刀庫的自動換刀裝置的數控機床的（de）主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿（mǎn）足（zú）精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大（dà），因而能夠進行複雜零（líng）件的多工序加工，大大（dà）提（tí）高了機床的適應性和加工效率。帶（dài）刀庫（kù）的自動（dòng）換刀係統適（shì）用於數控鑽削中心和（hé）加工中心。

二、刀（dāo）庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀（dāo）庫（kù）的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現（xiàn）與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈（liàn）式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容（róng）量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式（shì）刀（dāo）庫，刀具（jù）的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升到一（yī）定的（de）位置，使主軸（zhóu）上（shàng）的刀具正好對準刀庫最（zuì）下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製（zhì）下，鬆開刀柄，盤式刀庫向（xiàng）前運動，拔出（chū）主（zhǔ）軸上的刀具，然後刀（dāo）庫將下一個工序所用的刀具旋轉至（zhì）與主軸對準的位置（zhì），刀庫後退將新刀具（jù）插入主軸孔中，主（zhǔ）軸夾緊刀（dāo）柄，主（zhǔ）軸箱下降到工作位置，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（gòu）簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對（duì）於（yú）刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊（còu），刀庫容量較大，鏈環的（de）形狀（zhuàng）可根據機床的布局製（zhì）成各種形狀，也可（kě）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（tiáo）的（de）長度即可，給刀庫設計與製造（zào）帶來（lái）了（le）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（dāo）前要進行選刀，常用的選刀方法有順序（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要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不（bú）同的工件時必須重新調（diào）整刀庫中的刀具順序。其優（yōu）點是刀庫（kù）的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量（liàng）較大、工件品種數量較少的中（zhōng）、小型（xíng）數控（kòng）機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目（mù）前大多數的數控係統都采用任意選刀（dāo）的方式（shì），其分為刀套編碼、刀具（jù）編碼（mǎ）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（yòng）於識別的編碼條，一（yī）般都是根據二（èr）進製編碼的原理（lǐ）進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對（duì）每把刀具編碼。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（duō）次重複使用，換下的刀具（jù）不用放（fàng）回原刀座，刀（dāo）庫的容量也可相應減少。但每把刀具（jù）上（shàng）都（dōu）帶有（yǒu）專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀（dāo）庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方（fāng）式（shì）是（shì）一（yī）把刀具隻（zhī）對應（yīng）一個刀套，從一個刀（dāo）套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送（sòng）刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在（zài）加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀（dāo）具號和刀庫中的刀套位置對（duì）應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪（nǎ）個刀套內，刀（dāo）具信（xìn）息都始終記（jì）存在PLC內（nèi）。刀庫上裝有位（wèi）置檢測裝（zhuāng）置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣（yàng）刀具就可（kě）以任意取出並送回。刀庫上還設有機（jī）械（xiè）原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置（zhì）

數（shù）控機床的自動換刀裝置中，實現刀（dāo）庫與機床主軸之間傳遞（dì）和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式（shì）有兩種：由（yóu）刀（dāo）庫（kù）與機床主軸的相對運動實現刀具交換以（yǐ）及采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相（xiàng）對運（yùn）動實現刀（dāo）具交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後（hòu）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。而采用機械手換（huàn）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的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具（jù）交（jiāo）換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活（huó），動作快，而且結構簡單。機械手能（néng）夠完成抓刀—拔刀（dāo）—回轉—插刀—返回等一係列動（dòng）作。為了防止刀具掉（diào）落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。