​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

　　

數控機床為了能在（zài）工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔（fǔ）助時（shí）間，減少多次安裝工件所（suǒ）引起（qǐ）的誤差，必須（xū）帶有自動（dòng）換（huàn）刀裝置。自動換刀裝置應（yīng）當滿足換刀（dāo）時間短、刀具（jù）重複定位精（jīng）度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基（jī）本要求。

 

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架（jià）換刀

回（huí）轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於（yú）數控（kòng）車（chē）床。可以設計成四方刀架（jià）、六角刀架或（huò）圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架（jià）上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數（shù）控裝（zhuāng）置的指令（lìng）換刀。

回轉刀架在結構上必須具（jù）有良好的（de）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（wèi）置，對於數控車床來說，加工（gōng）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和合理的定位結構，以保證回轉刀（dāo）架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（一（yī）般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀（dāo）動作包括刀架抬起、刀架轉位及（jí）刀架壓緊等。

2．更換（huàn）主軸頭換刀（刀具（jù）旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有（yǒu）旋轉刀具的數控（kòng）機（jī）床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用（yòng）轉塔的轉位來更換主（zhǔ）軸頭，以實現（xiàn）自動換刀。在轉塔（tǎ）的（de）各個主軸上，預（yù）先（xiān）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（zhǔ）軸頭依次地轉到加工位置，並接（jiē）通主運動，使（shǐ）相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它（tā）處於不加工位置上的主軸都與主運動脫（tuō）開。

這種更（gèng）換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以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（gāo）了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部（bù）件結構尺寸不能（néng）太大，因（yīn）而影響了主軸係統（tǒng）的剛性（xìng）。為了保證（zhèng）主軸的剛性，必（bì）須限製主軸的數目，否則會（huì）使結構尺寸增（zēng）大。因此，轉塔（tǎ）主軸頭（tóu）通（tōng）常隻適用於工序較少（shǎo）、精度要求不太高的機床，例如數控鑽（zuàn）、銑床（chuáng）等。

3.帶刀庫的自動換（huàn）刀係統

由於回轉刀架、轉（zhuǎn）塔頭式換刀（dāo）裝（zhuāng）置容納的刀具數（shù）量（liàng）不能太多，不能滿足複雜零件的加工需（xū）要，因（yīn）此，自（zì）動換刀數控機床多采用帶刀庫（kù）的自動換刀裝（zhuāng）置。帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀（dāo）過（guò）程較為複雜（zá）。首先要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）行尺寸預調整後，按一定的（de）方式放入刀庫（kù）。換（huàn）刀時，先在（zài）刀庫中選刀，再由換刀裝（zhuāng）置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換（huàn），將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝（zhuāng）在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置的數控機床的主軸箱內隻有一根主（zhǔ）軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另（lìng）外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複（fù）雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適應（yīng）性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適（shì）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（kù）類（lèi）型

刀庫的作用是（shì）儲備（bèi）一定數量的（de）刀具，通過機械（xiè）手實現（xiàn）與主軸上刀具（jù）的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式（shì），刀庫的（de）形式和容量要根據機床（chuáng）的工藝（yì）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（xiàng），換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上（shàng）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，盤式刀庫向前運（yùn）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（xuán）轉至與主（zhǔ）軸對準的位置，刀庫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，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點（diǎn）是結構簡單，成本較（jiào）低，換刀（dāo）可（kě）靠性較好（hǎo）；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的（de）加（jiā）工中心。

對於刀（dāo）庫容量需要較大的加工中心（xīn）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（zhuàng）可根據機床（chuáng）的布局製（zhì）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（jiā）鏈條的長度即可，給刀（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（kù）內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀（dāo）方法有順（shùn）序選刀和任意（yì） 選刀兩（liǎng）種，順序選刀是（shì）在加工之前，將加工零件所需刀具按照（zhào）工藝要求依次插（chā）入刀庫的刀套中，加工是（shì）按順序（xù）調刀，加工（gōng）不同的工件時必須重新調整（zhěng）刀庫中的（de）刀（dāo）具順序。其優（yōu）點是刀（dāo）庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式（shì）適合加工批量較（jiào）大、工件品種數量（liàng）較少的中、小型數控機床的自動換刀。

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

3. 刀具編碼方式

刀具編碼（mǎ）或刀套編碼需要（yào）在（zài）刀具或刀套上（shàng）安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的（de）原理進行編碼（mǎ）。刀具編碼選（xuǎn）刀方式采用了一種特殊的刀柄結（jié）構，並對每把刀具編碼。每把刀（dāo）具都具有自己的代碼，因（yīn）而刀具可在不同的工序中多次重複（fù）使用，換下的刀具不用放回原刀（dāo）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（huán），刀（dāo）具長度（dù）加長，製造困難，刀庫和機械手的（de）結構變複雜。刀套編碼的（de）方式是一把刀具隻（zhī）對應一個刀套，從一個刀套中取出（chū）的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具（jù）十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中（zhōng）心上大量使（shǐ）用（yòng）記憶（yì）式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀（dāo）套位置對應地（dì）記憶在數控係統的PLC中（zhōng），無論刀具放在哪個刀套內，刀具信（xìn）息都始終記存（cún）在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具（jù）就可以任意取出並送回。刀庫上還（hái）設有機械（xiè）原點，使每次選刀時就近選取。

 

三（sān）、刀具交換裝置

數控機（jī）床（chuáng）的自動換刀（dāo）裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和（hé）裝卸刀具的裝置（zhì）稱為刀具交（jiāo）換裝置。刀（dāo）具的交（jiāo）換方式有兩種（zhǒng）：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及采（cǎi）用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首（shǒu）先將用過的（de）刀具送回刀庫（kù），然後再（zài）從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能（néng）同時進行，換刀時間較長。而采（cǎi）用機械（xiè）手換刀裝置在換刀時能夠（gòu）同時抓取和裝卸機床主（zhǔ）軸和刀庫中的刀具，因（yīn）此換（huàn）刀時間進一步縮短。采用（yòng）機械手進行刀具交換的方式應用最廣（guǎng）泛。這是因為機械手（shǒu）換刀靈活，動作快，而且（qiě）結構簡（jiǎn）單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回（huí）等一係（xì）列動作。為了防（fáng）止刀（dāo）具掉落（luò），機械（xiè）手的活動爪都帶（dài）有自鎖機構。