控機床的自動換刀裝置（zhì），你認識幾種？

數控（kòng）機床為了能在工件一（yī）次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動（dòng）換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀（dāo）具重複定位精度高、刀具（jù）儲存量足夠、刀（dāo）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（jià）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（fāng）刀架、六角刀架（jià）或圓盤（pán）式軸向裝刀（dāo）刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或（huò）更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架（jià）在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度在很（hěn）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（jù）位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案（àn）和合理的定（dìng）位結構，以保證回（huí）轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（一般為（wéi）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．更換主軸頭換刀（刀具旋（xuán）轉為主（zhǔ）運（yùn）動）

更換主軸換刀是（shì）帶有旋轉刀具的（de）數控（kòng）機床的一（yī）種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就

是一個（gè）轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立（lì）式兩種，通常用轉塔（tǎ）的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在（zài）轉塔的各個主軸上（shàng），預先安裝有各工序所需要（yào）的旋轉（zhuǎn）刀具（jù），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（shǐ）相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（dòng）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（zuò），從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的（de）可（kě）靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而（ér）影響了（le）主軸（zhóu）係（xì）統的（de）剛性。為了（le）保證主軸的剛（gāng）性，必須限製主軸（zhóu）的數目，否則會使結構（gòu）尺寸增大。因（yīn）此，轉塔（tǎ）主（zhǔ）軸頭（tóu）通常隻適用於（yú）工序較少、精度要求不太高的機床，例如數控（kòng）鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換（huàn）刀係統

由於回轉刀（dāo）架（jià）、轉塔（tǎ）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要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀（dāo）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組成（chéng），換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中（zhōng）使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄（bǐng）上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀（dāo）庫（kù）中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上（shàng）取出刀具，進行交換，將（jiāng）新刀裝入主（zhǔ）軸，舊刀（dāo）放回刀庫（kù）。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（zhǔ）軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀（dāo）庫內（nèi）刀具（jù）數量較大（dà），因而能（néng）夠進行複雜零（líng）件的多（duō）工序（xù）加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自（zì）動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方（fāng）式（shì）

1.刀庫類型

刀庫（kù）的作用是儲（chǔ）備一定數量（liàng）的刀具，通過（guò）機械手實現與主（zhǔ）軸上刀具的互換。刀庫的類（lèi）型有盤式刀庫、鏈式刀（dāo）庫等多種（zhǒng）形式，刀庫的（de）形式和容量要根據機床的工藝範圍來（lái）確定。圖7-16所示的盤式刀庫（kù），刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，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（dāo）庫將下一個工序（xù）所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具插（chā）入主軸孔（kǒng）中，主軸夾緊刀柄，主軸（zhóu）箱下降到（dào）工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的（de）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（shì）換（huàn）刀時間長，適用於刀庫容量較（jiào）小的加工中心（xīn）。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可（kě）采用鏈式刀（dāo）庫（圖7-17），鏈式刀（dāo）庫的（de）結構緊湊，刀庫容量（liàng）較大，鏈環的形（xíng）狀可（kě）根據機床的布局製成（chéng）各種（zhǒng）形狀，也可將換刀位突出（chū）以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來了方（fāng）便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀（dāo）方法有（yǒu）順序選刀和任意（yì） 選刀兩種（zhǒng），順序（xù）選刀是在加工之前，將加工零件所（suǒ）需刀具按照工藝要求（qiú）依次插入刀庫的（de）刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重（chóng）新調整刀庫中的（de）刀具（jù）順序。其優（yōu）點是刀庫的驅動和控製都比較（jiào）簡單。因此，這種方式適合加工批量較大（dà）、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係（xì）統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等（děng）三（sān）種。

3. 刀（dāo）具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼（mǎ）需要在刀具（jù）或刀（dāo）套上安裝用於識別的編碼（mǎ）條（tiáo），一般都是根（gēn）據二進製編碼的原理（lǐ）進行編碼（mǎ）。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編（biān）碼（mǎ）。每把（bǎ）刀具都（dōu）具有（yǒu）自己（jǐ）的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使（shǐ）用，換下的刀具不用放回原刀座（zuò），刀庫的容量也可（kě）相應減少。但每把刀具上都（dōu）帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械（xiè）手的結構變複雜。刀套編碼的（de）方式是一把刀（dāo）具隻對應一個刀套，從一個（gè）刀套中（zhōng）取出的刀具必須放回同一刀套中，取（qǔ）送刀具十分麻煩，換刀時間長。目（mù）前在加工中（zhōng）心上大量使（shǐ）用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位（wèi）置對（duì）應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內（nèi），刀具信息都始終記存在PLC內（nèi）。刀庫（kù）上裝（zhuāng）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（yì）取出並送回。刀庫上還設（shè）有機（jī）械原點，使每次選（xuǎn）刀時就近選取（qǔ）。

三、刀具交換（huàn）裝置

數控（kòng）機床的自動換刀裝置中，實（shí）現刀庫與機床主軸之間傳（chuán）遞和裝卸刀具的裝置稱為刀（dāo）具交（jiāo）換裝置。刀具的交換方式有兩種：由（yóu）刀庫與機床主軸的相對（duì）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（zhóu）的相對運動實現刀具（jù）交換的裝置在（zài）換（huàn）刀時必（bì）須首先（xiān）將用過的刀具送回刀庫，然（rán）後再從刀庫中取出新刀具，兩（liǎng）個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采（cǎi）用機械手換刀裝置在換（huàn）刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具（jù），因此換刀時間進一步縮短。采用機械手（shǒu）進行刀具交換的方式應用最廣泛。這是因為機（jī）械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手（shǒu）能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀（dāo）—返回等一（yī）係列動（dòng）作。為了防（fáng）止刀具（jù）掉落，機械（xiè）手的活動爪都帶（dài）有自鎖機（jī）構。