數（shù）控機床（chuáng）的自動換刀裝置，你認識幾種（zhǒng）？

數（shù）控（kòng）機（jī）床為了能在工件一次裝夾中完成多道（dào）加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的（de）誤差，必須帶有自動（dòng）換刀裝置。自動換刀裝置應當（dāng）滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀（dāo）具儲存量足夠、刀庫（kù）占地（dì）麵積小以及安全可靠等（děng）基本要求。

一、自動換刀裝置的形式（shì）

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的（de）自動換（huàn）刀裝置，常用於數控（kòng）車床。可以設計成四方刀架、六（liù）角刀架或圓盤式軸向（xiàng）裝刀刀架等多種形式。回（huí）轉刀架上分別安裝著（zhe）四把、六把（bǎ）或更多的刀（dāo）具，並按數控裝置的指令（lìng）換刀。

回轉刀架在（zài）結構（gòu）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（yóu）於車削加（jiā）工精度在很大程度上取決於刀尖位置（zhì），對於數控（kòng）車床來說，加工過程中刀具位置不進行（háng）人（rén）工調整，因此更有必要選（xuǎn）擇可（kě）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（dù）（一般為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（jù）旋轉為主（zhǔ）運動）

更換（huàn）主軸換刀是帶有旋轉刀具（jù）的數控（kòng）機床的（de）一種比較簡單（dān）的換刀方式。這種主軸頭（tóu）實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥（wò）式和立式兩（liǎng）種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個（gè）主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，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，使相應（yīng）的主軸（zhóu）帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與（yǔ）主運（yùn）動脫開。

這種更換主軸換刀裝置（zhì），省去了自動鬆、夾、卸（xiè）刀、裝刀以及（jí）刀具搬運（yùn）等一係列的複雜（zá）操作，從而縮短了換刀時間，並提（tí）高了換刀的可靠（kào）性。但是由於（yú）空間位置的限（xiàn）製，使主軸部件結構尺寸不能太（tài）大，因（yīn）而影響了主軸係統的（de）剛性。為（wéi）了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構（gòu）尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻（zhī）適用於工序較少、精度要求（qiú）不太（tài）高的機床，例如數控鑽、銑床等（děng）。

3.帶刀庫（kù）的自動換刀係統

由於（yú）回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容（róng）納的（de）刀具數量不能太多，不能滿足複雜（zá）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（huàn）刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換（huàn）刀機構（gòu）組成，換刀（dāo）過程較為複雜。首先要把加（jiā）工（gōng）過程中使用的全部刀具分別安裝在標準（zhǔn）刀柄上，在機（jī）外進（jìn）行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換（huàn）刀時，先在刀庫中選刀，再由換（huàn）刀裝置從刀庫（kù）或主軸（zhóu）上（shàng）取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸（zhóu），舊刀放回刀（dāo）庫。刀庫（kù）具有較大的容量，既（jì）可安裝在主軸箱的側（cè）麵或上（shàng）方。由（yóu）於帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置的數（shù）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，大大（dà）提高了機床的適應性和加工效率（lǜ）。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和（hé）刀具的選擇方式

1.刀庫類型（xíng）

刀（dāo）庫的作用是儲備一定數量（liàng）的刀具，通（tōng）過機械手實現與（yǔ）主（zhǔ）軸上刀具的互換。刀庫（kù）的類型有盤式刀庫、鏈式刀（dāo）庫等多（duō）種形式，刀（dāo）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，刀具的方向與（yǔ）主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的（de）位置，使主軸上的刀具正好對準刀（dāo）庫最（zuì）下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控（kòng）製下，鬆開刀柄（bǐng），盤式（shì）刀庫向前運動，拔（bá）出（chū）主軸上的刀具（jù），然後刀庫將下一個工序所用的刀具（jù）旋轉至與（yǔ）主軸對準的位置（zhì），刀庫後退將新刀具（jù）插入主軸孔中，主軸夾（jiá）緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進（jìn）行下道工序（xù）的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單（dān），成本（běn）較低，換（huàn）刀可靠性（xìng）較好；缺點是換刀時間長，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（tú）7-17），鏈式刀（dāo）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（gè）種形狀，也可將（jiāng）換刀位突出以便於換刀。當（dāng）需要增加刀具（jù）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便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內（nèi）存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和（hé）任（rèn）意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工（gōng）藝要求依次插入刀（dāo）庫的刀套中，加工是（shì）按順序調刀，加工不同（tóng）的工件（jiàn）時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其（qí）優（yōu）點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因（yīn）此，這種（zhǒng）方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀（dāo）。

隨著數控係統的發展，目前（qián）大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀（dāo）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（mǎ）需要（yào）在刀具或刀套上安（ān）裝用於（yú）識別的編（biān）碼條，一般都是根據二進製編碼的原（yuán）理進行編碼。刀具編碼選刀方式采（cǎi）用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同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（shàng）都帶有專（zhuān）用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和（hé）機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式（shì）是一（yī）把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必（bì）須放（fàng）回同一刀套中（zhōng），取（qǔ）送刀具十分麻煩，換刀時（shí）間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種（zhǒng）方式能將刀具號和（hé）刀庫中的（de）刀套位置對應地記憶在（zài）數控係統的PLC中，無（wú）論刀具放在哪個刀（dāo）套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可（kě）獲得每個刀套的位置信息（xī）。這樣刀具就可以任意取出並送（sòng）回。刀（dāo）庫上還設有（yǒu）機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀（dāo）具交換裝（zhuāng）置（zhì）

數控機床的自（zì）動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交（jiāo）換裝（zhuāng）置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀（dāo）具交換以及采用機械手交換（huàn）刀具。利（lì）用刀庫與機（jī）床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回（huí）刀庫，然（rán）後再從刀庫中取出新刀具（jù），兩個動作不（bú）能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換（huàn）刀時能夠同時抓取和裝卸機（jī）床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方（fāng）式應用最廣泛。這是因為機械手（shǒu）換刀靈活，動作快，而且結構簡單（dān）。機（jī）械手能夠完成抓（zhuā）刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一（yī）係列動作。為了防（fáng）止刀具（jù）掉落，機械手的活動爪都帶（dài）有（yǒu）自鎖機構。