數控機床的自動換刀（dāo）裝置（zhì），你認識幾種？

數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工（gōng）序，縮短輔助時間（jiān），減少（shǎo）多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝（zhuāng）置應當滿足換刀（dāo）時間短、刀具重複定（dìng）位精度高（gāo）、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積（jī）小（xiǎo）以及安全可靠等基本要求（qiú）。

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（shè）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。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並（bìng）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剛度，以承受粗加工（gōng）時的切削抗力。由於車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（chéng）中刀具位置不進行人工調整，因（yīn）此更有必要選擇可靠（kào）的定位方案和合理的定位結構（gòu），以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可（kě）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、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主（zhǔ）軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是（shì）帶有旋轉（zhuǎn）刀具的數控（kòng）機（jī）床的（de）一種比較簡單的換（huàn）刀方（fāng）式。這種主軸（zhóu）頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥（wò）式和立式兩（liǎng）種，通常（cháng）用轉塔的轉位來更換（huàn）主軸頭（tóu），以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預（yù）先安（ān）裝有各工序所需要的旋轉刀（dāo）具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相（xiàng）應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自（zì）動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係（xì）列的複雜操作，從而縮短了換刀時間（jiān），並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製（zhì），使主軸（zhóu）部件結（jié）構尺寸不能太大，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（shù）目，否則會使結構尺（chǐ）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、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（néng）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（chuáng）多采用帶刀庫的自動換刀裝置（zhì）。帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀（dāo）過程較（jiào）為（wéi）複（fù）雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安（ān）裝在標準（zhǔn）刀柄上，在機（jī）外進（jìn）行尺寸預調整後，按一定（dìng）的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫（kù）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（jiāng）新刀（dāo）裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸（zhóu）箱內（nèi）隻有一根主（zhǔ）軸，主軸部件的（de）剛度要高，以滿足精（jīng）密加工要（yào）求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工（gōng），大（dà）大提高了機床（chuáng）的（de）適應性和（hé）加工效率。帶刀庫的自動換刀係（xì）統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀（dāo）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（zhǔ）軸上刀（dāo）具的互換。刀庫的類型有（yǒu）盤式刀庫、鏈式刀庫（kù）等多（duō）種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的（de）盤式刀庫（kù），刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上（shàng）升到一定的位置，使主軸上的刀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，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退（tuì）將（jiāng）新刀（dāo）具插（chā）入主（zhǔ）軸孔中，主軸夾（jiá）緊刀柄，主軸箱下（xià）降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換（huàn）刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可（kě）靠性（xìng）較好；缺點是換刀時間長，適用於（yú）刀庫容量較小的加工（gōng）中心。

對於刀庫容量需要較大的加工（gōng）中（zhōng）心（xīn）可（kě）采用（yòng）鏈式刀庫（圖（tú）7-17），鏈式（shì）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（xíng）狀（zhuàng），也可將換刀位突出以便於換刀。當需要（yào）增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來（lái）了方便（biàn）。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存（cún）放有多把刀具，每次（cì）換刀前要進行選刀，常用的選刀（dāo）方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序（xù）選刀是在加工之前，將加工零件所需（xū）刀具按照工藝要求依次（cì）插入（rù）刀庫的刀（dāo）套中，加工是按順序（xù）調刀，加（jiā）工不同的工件時必須重新調整刀庫中（zhōng）的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批（pī）量較大、工件品（pǐn）種數量較少的中、小型（xíng）數控機床的自動換刀。

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

3. 刀具編碼方式

刀具編（biān）碼或刀套編碼需要在刀具或刀（dāo）套上安裝用於識別的編（biān）碼（mǎ）條，一般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀（dāo）具編碼選刀（dāo）方式采用了一種特殊（shū）的刀柄結構（gòu），並對每把刀具編碼（mǎ）。每把刀具都具有自己的（de）代碼，因而刀具可在（zài）不同（tóng）的工序中多次重複使用，換下的（de）刀具不用放回原刀座，刀庫的容（róng）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（zhǎng）度加長，製造困難（nán），刀（dāo）庫和（hé）機械手的結構變複雜。刀套（tào）編碼的方（fāng）式（shì）是一把刀具隻對應一個刀套（tào），從（cóng）一個刀套中（zhōng）取（qǔ）出的刀具必須放（fàng）回同一刀套中，取（qǔ）送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工（gōng）中心上大量使用記憶式的（de）方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數（shù）控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得（dé）每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上（shàng）還設（shè）有機械原點，使每（měi）次選刀時就近選取（qǔ）。

三、刀（dāo）具交換裝置

數控（kòng）機床的自動（dòng）換刀裝置中（zhōng），實現刀（dāo）庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置（zhì）。刀具的交換方式（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（de）刀（dāo）具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新（xīn）刀具，兩個動作不能同時進行，換（huàn）刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓（zhuā）取和裝卸機床（chuáng）主軸和刀庫中的刀具，因此換刀（dāo）時間進一步縮短。采（cǎi）用機械（xiè）手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因（yīn）為機械（xiè）手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓（zhuā）刀（dāo）—拔（bá）刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉（diào）落，機（jī）械手的活動爪都（dōu）帶有自鎖（suǒ）機構。