​​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾（jǐ）種？

數控機床（chuáng）為了能在工（gōng）件一次（cì）裝夾（jiá）中完成多道加工（gōng）工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工（gōng）件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換（huàn）刀時間短、刀具重複定位精（jīng）度（dù）高、刀具（jù）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。

一、自（zì）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（zhì），常用於數控車床。可（kě）以設計成四方（fāng）刀架（jià）、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種（zhǒng）形式。回轉刀架上分別（bié）安裝著四把、六把或更多的刀（dāo）具，並按數控（kòng）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（yǐ）承受粗加（jiā）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置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可（kě）靠的定位（wèi）方案和合理的（de）定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有（yǒu）盡可能高的重複定位（wèi）精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般（bān）情況下，回（huí）轉（zhuǎn）刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架（jià）轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動（dòng））

更換主軸換（huàn）刀是帶有旋轉刀具的數控機床的（de）一種比較簡單的（de）換刀方（fāng）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，通常用轉（zhuǎn）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（yù）先安裝有各工序所需要的旋轉刀具（jù），當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工（gōng）位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它（tā）處於不加（jiā）工位置上的主軸（zhóu）都（dōu）與主運動脫開。

這種更（gèng）換（huàn）主軸換刀裝置，省去了自動鬆（sōng）、夾、卸刀、裝刀以及（jí）刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮（suō）短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但（dàn）是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不（bú）能太大，因而影響了主軸（zhóu）係統的剛性（xìng）。為了保證主（zhǔ）軸的剛（gāng）性，必須限製主（zhǔ）軸的數目，否則會（huì）使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度（dù）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（dāo）架（jià）、轉塔頭式換刀裝（zhuāng）置容納的刀具數量不能太多（duō），不能滿足複雜零件的加工需要（yào），因此，自動換（huàn）刀（dāo）數控機床多（duō）采用帶刀庫的（de）自動（dòng）換刀裝置（zhì）。帶刀庫的（de）自動換（huàn）刀裝置由刀庫和換（huàn）刀機構組成，換刀過程（chéng）較為複雜。首先要把加工過（guò）程中使用的全部刀具分別安裝在（zài）標準刀柄上（shàng），在（zài）機外進行（háng）尺寸預調整後，按一定的方（fāng）式放入刀庫。換（huàn）刀時，先在刀庫中（zhōng）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。刀庫具有（yǒu）較大的容量，既可安裝（zhuāng）在主軸（zhóu）箱的側麵或上方（fāng）。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根主軸（zhóu），主軸部件的剛度要（yào）高，以滿足精密（mì）加工要求。

另（lìng）外，刀庫內刀具數量較大，因而（ér）能夠進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（yòng）於數控鑽削（xuē）中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式（shì）

1.刀庫類型（xíng）

刀庫的作用是儲備一定（dìng）數（shù）量的刀具，通過機械手實現（xiàn）與主軸上刀具的互換。刀庫（kù）的類型有盤式（shì）刀庫（kù）、鏈式刀庫等多（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所示的盤（pán）式刀庫，刀具的（de）方（fāng）向與主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸（zhóu）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轉至與主軸對準的位（wèi）置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱（xiāng）下（xià）降到工（gōng）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，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大（dà）的（de）加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀（dāo）庫（kù）容量較大（dà），鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位（wèi）突出以便於換刀。當（dāng）需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫（kù）設計與製造帶來了方便（biàn）。

2.刀具的選（xuǎn）擇方式

一般的刀庫（kù）內存放有多把刀具，每次換刀前要進（jìn）行選（xuǎn）刀，常用的選（xuǎn）刀（dāo）方法有順序選刀和任意選刀兩種，順序選刀是在加工之前（qián），將加工零（líng）件所需（xū）刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不（bú）同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具（jù）順序。其優點是刀庫的驅（qū）動（dòng）和控製都比較簡單。因此，這種方式適（shì）合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的（de）自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多（duō）數的數控係統都采用任（rèn）意選刀的方式，其分為刀套編碼（mǎ）、刀具編碼和記憶式等三種（zhǒng）。

3.刀具（jù）編碼方式（shì）

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝（zhuāng）用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原理進行（háng）編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的（de）刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀（dāo）具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同（tóng）的工序中（zhōng）多（duō）次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也（yě）可相應減少。但每把（bǎ）刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困（kùn）難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀（dāo）套編碼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（dāo）具必須放回同一刀（dāo）套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目（mù）前在（zài）加（jiā）工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具（jù）號和刀庫中的刀套（tào）位置對應地記憶在（zài）數控係統的PLC中，無（wú）論刀具放在哪個刀（dāo）套內，刀具信息都始（shǐ）終記存在（zài）PLC內。刀庫上裝有位置（zhì）檢測裝置，可（kě）獲得（dé）每個刀套的位置信（xìn）息。這樣刀具就可以任意（yì）取出並送回。刀庫上還設有機械原點（diǎn），使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動（dòng）換刀裝置中（zhōng），實現刀庫與機（jī）床主軸之間傳遞和（hé）裝卸刀具的裝置（zhì）稱為（wéi）刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀（dāo）庫與機床主軸的（de）相對運動實現刀具交換以及（jí）采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具（jù）交換的裝置（zhì）在（zài）換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫（kù），然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進（jìn）行，換刀時間較長。而采用機械（xiè）手換（huàn）刀裝置（zhì）在換刀時能夠（gòu）同時抓取和裝卸（xiè）機床主軸和刀庫中的（de）刀具，因此換刀時間進一（yī）步縮短。采用機械手進行刀具交換（huàn）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。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀（dāo）—返回等一係（xì）列動（dòng）作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。