​CNC數控機床（chuáng）的自動換刀裝置（zhì）及（jí）其刀具係統（tǒng）！

一、鬥笠式刀庫

一（yī）般隻（zhī）能存（cún）16~24把刀具，鬥笠式刀庫在換（huàn）刀時整個（gè）刀庫向主軸移（yí）動。當主軸上的刀（dāo）具（jù）進入（rù）刀庫的（de）卡槽時，主軸向上移（yí）動脫離（lí）刀具（jù），這時刀庫轉動。當要換的刀具對正主軸（zhóu）正下方時主軸下移，使刀具進入主軸錐孔內，夾緊刀（dāo）具（jù）後，刀（dāo）庫退回（huí）原來的位置。

二、圓盤式刀庫（kù）

圓盤式刀庫通常應用（yòng）在小型立式綜合加工機上。"圓盤刀庫"一般俗稱"盤式刀庫"，以便和"鬥笠式刀（dāo）庫"、"鏈（liàn）條式（shì）刀庫（kù）"相區分。圓盤式的刀庫容量不（bú）大，頂多二、三十把刀。需（xū）搭配（pèi）自動換刀機構ATC(AutoToolsChange)進行刀具交換。

三（sān）、鏈條式刀庫

鏈條式刀庫的特點是可儲放較多數量之刀具，一般都在20把以上，有些可儲放120把以上。它是藉由鏈條將要換的刀具傳到指定位置，由機械手將刀具裝到主軸上。換（huàn）刀動作均采用馬達加機加工中心使用的刀庫最常見的形式是圓盤式刀庫（kù）和機械手（shǒu）換刀（dāo）刀（dāo）庫。

一、自動換（huàn）刀裝置的形式

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（chē）床。可以設（shè）計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上（shàng）分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並（bìng）按數（shù）控裝置的指令換（huàn）刀。

回轉刀架在結構上必須具有（yǒu）良好（hǎo）的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工（gōng）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（háng）人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和（hé）合理的定位結（jié）構，以（yǐ）保證（zhèng）回轉刀架在每次轉位（wèi）之後，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，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位（wèi）及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋（xuán）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（shàng）就是一個（gè）轉塔刀庫。

主軸頭有臥式（shì）和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭（tóu），以實（shí）現自動換刀。在轉塔的各個主軸（zhóu）上，預先（xiān）安裝有各工序所需要的（de）旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭（tóu）依次地轉到加工（gōng）位（wèi）置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加（jiā）工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換（huàn）刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一（yī）係（xì）列的複雜操作，從而縮（suō）短了換刀時間（jiān），並提高了（le）換刀的可（kě）靠性。但是由於空間位置的限製，使（shǐ）主軸部件（jiàn）結構尺寸不能太大（dà），因而影（yǐng）響了主軸係統的（de）剛性（xìng）。為了保證（zhèng）主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不（bú）太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係（xì）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（néng）滿足複雜零件的加工需要，因（yīn）此，自動換刀（dāo）數控機（jī）床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構（gòu）組成，換刀過程較為（wéi）複雜。首先（xiān）要（yào）把加工過程中使（shǐ）用的全部刀具分別安裝在標準刀（dāo）柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定（dìng）的方（fāng）式放入刀庫。換刀時，先（xiān）在（zài）刀庫中選（xuǎn）刀，再由換刀裝置（zhì）從刀庫（kù）或主（zhǔ）軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入（rù）主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具（jù）有（yǒu）較大的容量，既可安裝在主軸箱（xiāng）的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床（chuáng）的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛（gāng）度要高，以滿足精密加工（gōng）要求。

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

二、刀庫和刀具的選（xuǎn）擇方式

1.刀庫（kù）類型

刀（dāo）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的互換。刀庫的類型有盤式刀（dāo）庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和（hé）容量要根（gēn）據機（jī）床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主（zhǔ）軸箱上升到一定（dìng）的位置，使主軸上的刀具正好（hǎo）對準刀庫最下麵的（de）那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下（xià），鬆開刀柄，盤式刀（dāo）庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下（xià）一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫（kù）後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完（wán）成換刀任務，進行下（xià）道工（gōng）序的加工。此（cǐ）換刀裝置的（de）優點是結構簡（jiǎn）單，成本較低，換刀可靠（kào）性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加（jiā）工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈（liàn）式刀庫，鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈（liàn）環的形狀可根據機床的布局製（zhì）成各種形狀，也（yě）可將（jiāng）換（huàn）刀位突（tū）出以便於換刀。當需要增加刀（dāo）具數量時，隻需增加鏈條的長度即（jí）可，給（gěi）刀庫（kù）設計與製造帶來了方便。

2.刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換（huàn）刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意選刀兩種，順序選刀（dāo）是在加工之（zhī）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（gōng）不同的工件時必須（xū）重新調整刀庫中的刀（dāo）具（jù）順序。其優點是刀庫的驅動和控製都（dōu）比較簡單。因此，這（zhè）種方式（shì）適合加（jiā）工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的（de）自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前（qián）大多數的數控（kòng）係統都采用（yòng）任意選刀的方式，其分為（wéi）刀套編碼、刀具編（biān）碼和記憶式等三種。

3.刀具編碼方式

刀具（jù）編碼或刀套編碼需要在刀具或（huò）刀套上安裝用（yòng）於識別的編（biān）碼條，一般都是根據二進製編（biān）碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種（zhǒng）特殊的（de）刀柄（bǐng）結構，並對每把刀（dāo）具編碼。每把（bǎ）刀具都具有自己的代（dài）碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫（kù）的容量也可相應減（jiǎn）少。但每把刀具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。刀套編碼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（yī）刀套（tào）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記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中（zhōng）的刀套位置（zhì）對應地記憶在數控係統（tǒng）的PLC中（zhōng），無論刀具放在哪個刀套內，刀具（jù）信（xìn）息都（dōu）始（shǐ）終記（jì）存在PLC內。刀庫（kù）上裝有位置檢測裝置，可獲（huò）得每個刀套的位置信息。這（zhè）樣刀具（jù）就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機（jī）械原點（diǎn），使每次選刀時就近選（xuǎn）取（qǔ）。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中（zhōng），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（jù）的交（jiāo）換（huàn）方式（shì）有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及采（cǎi）用（yòng）機械手交換刀具。利用刀（dāo）庫與機床主軸的（de）相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首先將用（yòng）過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較（jiào）長。而采用機（jī）械手換刀（dāo）裝置（zhì）在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和（hé）刀庫（kù）中的刀具，因此換刀時間進一步（bù）縮短。采用（yòng）機（jī）械手進行刀（dāo）具交換的方式應用最廣泛（fàn）。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械（xiè）手的活動爪（zhǎo）都帶有自鎖機構。

下麵是世界上最現代化的數（shù）控機床換刀，換刀無影手！

16位自動（dòng）換刀刀庫

1、刀（dāo）具交換方式

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主（zhǔ）軸之間傳遞和裝（zhuāng）卸刀具的裝（zhuāng）置稱為刀具交（jiāo）換裝置。刀具的交換方式和它們的具體結構對機床的生產率和工作可靠性有著直（zhí）接的影響。

刀具的交換（huàn）方式很多，一（yī）般可分為以下兩大類。

（一（yī））無機械（xiè）手（shǒu）換刀

無機械手換刀，是由刀庫和機（jī）床主（zhǔ）軸的相對運動實現的刀具交換。換刀時，必須（xū）首先（xiān）將用過的刀具送回（huí）刀庫，然後再從刀庫中取出新（xīn）刀（dāo）具，這兩個動（dòng）作不可能同時進行，因此，換刀時間長。所示的數控立式鏜銑床就是采用（yòng）這種換刀方式的實例。它的（de）選刀和換刀由三個坐標軸的數控定位係統來（lái）完成，因此每交換一次刀具，工（gōng）作台和主軸箱就必須沿（yán）著三個坐標軸作兩次來（lái）回運動，因而增加了換刀時間。另外，由於刀庫置於工作台上，減少了工作台的有效使用麵積。

（二）機械手換刀（dāo）

由於刀庫（kù）及（jí）刀具交換方式的不同（tóng），換刀機械手也有多種（zhǒng）形式（shì）。因為機械手換（huàn）刀有很大的靈活性，而且還可以減少換刀時間，應用最為廣泛。

2、機械手形式

在自動換刀數（shù）控機床中，機（jī）械手的形（xíng）式也（yě）是多種多樣，常見的有以下幾種形式。

1．單臂單（dān）爪回轉式機械手

這種機械手的手臂（bì）可以回（huí）轉不同的角度來進行自（zì）動換刀，其手臂上隻有一個卡（kǎ）爪，不論在刀庫上或是在主軸上，均（jun1）靠這個卡爪來裝刀及卸刀（dāo），因此換刀時（shí）間較長，如圖（tú）2(a)所示。

2．單臂雙爪（zhǎo）回轉式機械手（shǒu）

這種機械手的手臂上有兩個卡爪，兩個卡爪有所分工（gōng）。一個卡爪隻執行從主軸上取下“舊刀（dāo）”送回刀庫的任務，另一個卡爪則執行由刀庫（kù）取（qǔ）出“新刀”送到主軸的（de）任（rèn）務。其換刀時間較上述單爪回轉式機械手要少

3．雙臂回轉式機械手

這種機械手的兩臂上各有一個卡（kǎ）爪，兩個卡爪可同時抓取（qǔ）刀庫及主軸上的刀具（jù），回轉180°後又同（tóng）時將刀具放回刀庫及裝入主軸。這種機械手換刀時間較以上（shàng）兩種單（dān）臂機械手均短，是最常用的一種形式。右邊的機械手在抓取或將刀具（jù）送入刀庫（kù）及主軸（zhóu）上，兩臂可伸（shēn）縮。

4．雙機械（xiè）手

這種機械手相當（dāng）於兩個單臂單爪機械手，它們互相配合進行自動換刀。其中一個機械手從主軸上取下“舊（jiù）刀”送回刀庫，另（lìng）一個由刀（dāo）庫中取出“新刀（dāo）”裝入機床（chuáng）主軸，

5．雙臂往（wǎng）複交叉式機械手

這種機械手的兩手臂（bì）可（kě）以往複運（yùn）動（dòng），並（bìng）交叉成一定的角度（dù）。一個手臂從主軸上取下“舊刀”送回刀庫（kù），另一個手臂由刀庫中取出（chū）“新刀”裝入主軸。整個機（jī）械手可沿某（mǒu）導軌直線移動或繞某個轉軸回轉，以實現由刀庫與主軸間的運刀（dāo）工作，

6．雙臂（bì）端麵夾緊式機械手

這種機械手隻是在夾緊部位上與前（qián）幾種不同。前幾種機械（xiè）手均靠夾緊刀柄的外圓（yuán）表麵來抓取刀具，這種機械手則是靠夾緊刀柄的兩個端（duān）麵來抓取的。

3、機械手夾持結構

在（zài）換刀過程中，由於機械（xiè）手抓住刀柄要（yào）作快（kuài）速回轉，要作拔、插刀（dāo）具的動作，還要保證刀（dāo）柄鍵槽的（de）角度位置對準主軸上（shàng）的驅動鍵。因此，機械手（shǒu）的夾持部分（fèn）要十（shí）分可靠，並保證（zhèng）有適（shì）當的夾緊（jǐn）力，其活動爪要有鎖緊裝置，以防止（zhǐ）刀具在換刀過程中（zhōng）轉動（dòng）脫落。機械手（shǒu）夾（jiá）持（chí）刀具（jù）的方法有以下兩種。

（一）柄（bǐng）式夾持（chí）

柄（bǐng）式夾持（chí），也稱（chēng）軸向夾持或V形槽（cáo）夾持（chí）。其刀柄前端有V形槽，供機械手夾持用，目前我國數控機床較（jiào）多采用這種夾持方式。機械手手掌結構示（shì）意圖，它由固定爪及活動爪組成，活動爪可繞軸回轉，其一端在彈簧柱塞的作用下，支靠在擋銷上，調（diào）整螺釘以保持手（shǒu）掌適當的夾緊力，鎖緊銷使（shǐ）活動爪（zhǎo）牢固地夾持刀柄，防止刀具在交換過程中鬆脫。鎖緊銷還可軸向移（yí）動，使活動爪放鬆，以便杈刀（dāo）從刀柄V形（xíng）槽中退（tuì）出。

4、自動換（huàn）刀動作（zuò）順序

由於自動換刀裝置的布局結構多種多樣（yàng），其換刀過程動作順序會不盡（jìn）相同。下麵分別以常見的雙臂往複（fù）交叉式機械（xiè）手和鉤刀機械手為例用動作分圖加以說明。

（一）雙臂往複交叉式機械手（shǒu）的換刀（dāo）過程

（1）開始換刀前狀態（tài）。主軸正用T05號刀具進行加工，裝刀機（jī）械手已抓住下一工步需用的T09號（hào）刀具，機械手架處於最高位置，為換刀做好了準備；

（2）上一工步結束，機床（chuáng）立柱後退，主（zhǔ）軸箱上升，使主軸處（chù）於換刀位置。接著下一工步開（kāi）始，其第一個指令是換刀，機械手架回轉180o轉向主軸。

（3）卸刀機械手前伸，抓住主軸上已用過（guò）的T05號刀具。

（4）機械手架由滑座帶動，沿刀具軸線（xiàn）前移，將T05號刀具從主軸上拔出。

（5）卸刀機械（xiè）手縮回原位。

（6）裝刀機械手前伸，使T09號刀具對準主軸。

（7）機械手架（jià）後移，將T09號刀具插入（rù）主軸。

（8）裝刀機械手縮回（huí）原位。

（9）機械手架（jià）回轉180o，使裝刀、卸刀機械手轉向刀庫。

（10）機械手架由橫梁帶動下降，找第二排刀套鏈，卸刀機械（xiè）手將T05號（hào）刀具插回P05號刀套中。

（11）刀套鏈轉動把在下一個（gè）工步需用的T46號（hào）刀具送到換刀位（wèi）置,機械手（shǒu）一降,找第三排刀鏈,由裝刀（dāo）機械手將T46號刀（dāo）具取出。

（12）刀套鏈反轉，把P09號刀套送到換刀位置，同時機械手架上升至最高位置，為再下一工步的換（huàn）刀做好準備（bèi）。

（二）鉤刀機械手的換刀過程

作為最（zuì）常用的一種換刀形（xíng）式，換刀一次所需的基本動作（zuò）如下。

（1）抓刀。手臂旋轉90o，同時抓住（zhù）刀庫和主軸上的刀具。

（2）拔刀。主軸夾頭鬆開刀具（jù），機械手同時將刀庫和主軸上的刀具拔出。

（3）換刀。手（shǒu）臂旋轉（zhuǎn）180o，新舊刀具更換。

（4）插刀（dāo）。機械手（shǒu）同時將新舊刀具分別插入主軸和刀庫，然後主軸夾頭夾緊刀具；

（5）複位。轉動手臂，回到原始位置。