​數控機床的自動（dòng）換刀裝置，你認識幾種？

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數控機床為了（le）能在工件一次（cì）裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多（duō）次安裝工件所引（yǐn）起的誤差（chà），必須帶有自動換刀裝（zhuāng）置。自（zì）動換刀裝置應當滿（mǎn）足（zú）換刀（dāo）時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、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、六角刀架或圓盤式軸向（xiàng）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，並按數控裝置的指令換刀。

回轉（zhuǎn）刀架在結構上必須具有良好（hǎo）的強度和剛度，以承受（shòu）粗加工時的切（qiē）削抗（kàng）力。由於車削加工精度在很（hěn）大程度上取決於刀尖位（wèi）置，對於（yú）數控車床來說（shuō），加工過程中刀具位（wèi）置不進行人工調整，因（yīn）此更有必要選擇（zé）可靠的定位方案和合理的（de）定（dìng）位結構，以（yǐ）保證回轉刀架（jià）在每次轉位之（zhī）後，具有盡可能高的重複定位精度（一般為（wéi）0.001～0.005mm）。

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

2．更換主軸頭換刀（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（zhǒng）比較（jiào）簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上（shàng）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，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝（zhuāng）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（cì）地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主（zhǔ）軸帶動刀（dāo）具旋轉（zhuǎn）。而其它處於不加工位置上的（de）主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動（dòng）鬆、夾、卸刀、裝刀以（yǐ）及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了（le）換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺（chǐ）寸不能太（tài）大，因而影響了主軸係統的剛（gāng）性。為了保（bǎo）證主（zhǔ）軸的剛性，必須限（xiàn）製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大（dà）。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序（xù）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（dòng）換（huàn）刀係統

由於（yú）回轉刀架、轉（zhuǎn）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（xū）要，因此，自動換刀數控機床多采用（yòng）帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置（zhì）由刀庫和換（huàn）刀機構組成，換刀過（guò）程較為複雜。首先要（yào）把（bǎ）加工過程中使用的全部（bù）刀具分別安裝在標準刀（dāo）柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放（fàng）入刀庫。換刀時，先（xiān）在刀（dāo）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（dāo）庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側（cè）麵或上方。由（yóu）於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一（yī）根（gēn）主軸，主軸部件的（de）剛度要高，以滿足精密加工（gōng）要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多（duō）工序加工，大大提高了（le）機床（chuáng）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（hé）刀具的選擇（zé）方式（shì）

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過（guò）機械手（shǒu）實現與主軸上刀具的互換。刀庫（kù）的（de）類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根（gēn）據機床（chuáng）的工藝範圍（wéi）來確定。圖7-16所示的（de）盤式刀（dāo）庫，刀具的方向與主軸同向，換刀（dāo）時主軸箱上升（shēng）到一定的位置，使主軸上的刀（dāo）具正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在（zài）CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，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，刀庫後退將新刀具（jù）插入主軸孔中，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（gōng）序的加工。此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，適用於刀庫容量較小的（de）加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖（tú）7-17），鏈（liàn）式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的（de）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（biàn）於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的（de）長（zhǎng）度（dù）即可，給刀庫設計與製造帶來了方（fāng）便。

2. 刀具的選擇（zé）方式

一般的刀（dāo）庫（kù）內存放有多把（bǎ）刀具，每次換刀前（qián）要（yào）進行選刀，常用的選刀方（fāng）法有順序選刀（dāo）和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工（gōng）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（àn）順序（xù）調刀，加工（gōng）不同的工（gōng）件時必須重新調整（zhěng）刀庫中的刀具順（shùn）序。其（qí）優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方（fāng）式適合加工批量較大、工件品種數量（liàng）較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著（zhe）數控係統的發展，目前大多數的（de）數控係統都采用任（rèn）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. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，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用了一種特（tè）殊的刀柄結構，並對每把（bǎ）刀具編碼。每把刀具都（dōu）具有自己的（de）代碼，因而刀具（jù）可（kě）在不（bú）同的工序中多次（cì）重（chóng）複（fù）使用，換下（xià）的刀具（jù）不用放回原刀座，刀庫的容量（liàng）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，製造困難（nán），刀庫（kù）和機械手的結構變複雜。刀套（tào）編碼的方式是一把刀具隻（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（tào）中，取送刀具十（shí）分麻煩（fán），換刀時間長。目前在加工中心（xīn）上（shàng）大量使（shǐ）用記憶式的（de）方式。這種方式（shì）能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的（de）PLC中，無論刀具放在哪（nǎ）個刀套內，刀（dāo）具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有（yǒu）位置檢測裝（zhuāng）置，可（kě）獲得每個刀套（tào）的（de）位（wèi）置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就（jiù）近選（xuǎn）取。

三、刀具交換裝（zhuāng）置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床（chuáng）主軸之間傳遞和（hé）裝卸刀（dāo）具的裝置（zhì）稱為刀具交換裝（zhuāng）置。刀具的交換方式有兩（liǎng）種：由刀庫與機床主（zhǔ）軸（zhóu）的相對運動實現刀（dāo）具交換以及采用機械手交換刀具。利用刀庫與（yǔ）機床主軸（zhóu）的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首先將（jiāng）用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作（zuò）不能同（tóng）時進行，換刀（dāo）時間較長。而采用機械手（shǒu）換（huàn）刀裝置在換（huàn）刀時能夠同時抓取和裝卸機床主（zhǔ）軸和（hé）刀庫中的刀具（jù），因此換刀時間進一步縮短。采（cǎi）用機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（jī）械手（shǒu）的活動爪都帶有自鎖機構。