數控（kòng）機床的自動（dòng）換刀裝置，你認識幾種？

數控（kòng）機（jī）床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工（gōng）工序，縮短輔助時（shí）間，減少多（duō）次安裝工件所引起的誤（wù）差，必須帶（dài）有自動換刀（dāo）裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地（dì）麵積小以及（jí）安全可靠等（děng）基本（běn）要求。

一、自動換（huàn）刀裝置（zhì）的形（xíng）式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自（zì）動換刀裝置，常用於數控車床（chuáng）。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控（kòng）裝置的指令換刀。

回轉刀架在（zài）結構上必須（xū）具有良好的強度和剛度，以（yǐ）承受（shòu）粗加（jiā）工時的切削抗力。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，加工過程中刀具位置不進（jìn）行人（rén）工調（diào）整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和（hé）合理的定位結構，以保證回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0.001～0.005mm）。

一（yī）般情況下（xià），回轉刀架（jià）的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉（zhuǎn）位（wèi）及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉（zhuǎn）為主運動（dòng））

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床（chuáng）的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際（jì）上（shàng）就

是一（yī）個轉（zhuǎn）塔刀（dāo）庫。

主軸頭有臥式和立式兩（liǎng）種，通常用轉塔的轉位來更換主（zhǔ）軸頭（tóu），以實現自動換刀。在轉（zhuǎn）塔的各個主軸上（shàng），預先安（ān）裝有各（gè）工序所需要的旋轉（zhuǎn）刀具，當發出（chū）換（huàn）刀指令時，各主軸頭依（yī）次地轉到（dào）加工位置，並接通主運動，使相應的（de）主軸帶動（dòng）刀具旋轉。而（ér）其它處於不加工位（wèi）置上的主軸都與主運動脫開。

這種（zhǒng）更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係（xì）列的複雜（zá）操作，從而縮短了換刀時間，並提高了（le）換（huàn）刀的可靠性。但是由於空間位置的限製（zhì），使主軸部件結構尺寸不能太大（dà），因而（ér）影響了（le）主軸係（xì）統的剛性。為了保證主軸（zhóu）的剛性，必須限（xiàn）製主（zhǔ）軸的數目，否則會使（shǐ）結（jié）構尺（chǐ）寸增大（dà）。因此，轉塔主軸頭通常隻適（shì）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（dāo）庫的（de）自動換刀（dāo）係統

由於（yú）回（huí）轉刀架（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（fù）雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶（dài）刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫（kù）的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分（fèn）別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定（dìng）的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀（dāo）裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主（zhǔ）軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較（jiào）大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上（shàng）方。由於帶刀庫（kù）的自動換刀裝置（zhì）的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的（de）剛度要高，以滿足精密加（jiā）工要求（qiú）。

另外，刀庫內刀具數量較（jiào）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率。帶刀庫的自動換刀係統適用於（yú）數控鑽削中（zhōng）心和加工中心。

二、刀庫和刀（dāo）具的選擇方式

1.刀庫類型

刀（dāo）庫的作用是儲備一（yī）定數量的刀具，通過機械（xiè）手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類（lèi）型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的（de）形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖（tú）7-16所示的盤式刀（dāo）庫，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（zhǔ）軸上的刀具正好對準刀庫最（zuì）下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀（dāo）庫將下一（yī）個工（gōng）序所用的刀具旋轉至與主軸對準的（de）位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀（dāo）柄，主軸箱下降到工作位置，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（gòu）簡單（dān），成本較低，換刀（dāo）可靠性（xìng）較好；缺（quē）點是換刀（dāo）時（shí）間長，適用於刀庫（kù）容量（liàng）較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫（kù）容（róng）量較（jiào）大（dà），鏈（liàn）環的形（xíng）狀可（kě）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（yào）增加刀具數量時，隻需增加鏈條（tiáo）的（de）長度即可，給刀庫設計與製造帶（dài）來了方便。

2. 刀具的選擇方式（shì）

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前（qián）要進行選刀，常（cháng）用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是（shì）在加工之前，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（jiā）工是按順序調刀，加工不同的（de）工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控（kòng）製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工（gōng）件品種數量較少的中、小型數控機床的（de）自動換刀（dāo）。

隨著數控係統的發展（zhǎn），目前大多數的數控係統都采用任意選刀的方（fāng）式，其分為刀套（tào）編碼、刀具編碼和記憶式等三（sān）種。

3. 刀具編碼方式

刀（dāo）具編（biān）碼或刀套編碼需（xū）要在刀（dāo）具或刀套上安（ān）裝用於識別的編碼（mǎ）條，一般都（dōu）是根（gēn）據二進製編碼的原（yuán）理進行編碼。刀具編碼選刀（dāo）方式采用了一種特殊的刀（dāo）柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都（dōu）具有自（zì）己的代碼，因而刀具（jù）可在不同的工（gōng）序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀（dāo）座（zuò），刀庫的容量也可相（xiàng）應減少。但每把刀具上都帶有專用的編（biān）碼環，刀具長度（dù）加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼（mǎ）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刀套（tào）中，取（qǔ）送刀（dāo）具十分（fèn）麻煩，換（huàn）刀時間長。目前在加工中（zhōng）心（xīn）上大量使用記（jì）憶式的方式。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，可獲得每（měi）個刀套的位置信息（xī）。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（dāo）時就近選取。

三、刀具交（jiāo）換裝置

數控機床的（de）自動換（huàn）刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和（hé）裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換（huàn）方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及采用機（jī）械手交（jiāo）換刀具（jù）。利用刀庫與機床（chuáng）主軸的相（xiàng）對運動實現（xiàn）刀具交（jiāo）換的裝置在換刀（dāo）時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時（shí）進行，換刀時間較長。而采用機械（xiè）手換（huàn）刀裝（zhuāng）置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機（jī）械手（shǒu）進行刀具交換的方式應用最廣泛。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（gòu）完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了（le）防止刀具掉（diào）落，機械手的活動爪（zhǎo）都帶（dài）有自鎖機構。