​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種（zhǒng）？

數（shù）控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔（fǔ）助時間，減（jiǎn）少多（duō）次安（ān）裝工件所引（yǐn）起的誤差，必須帶有自動換刀裝（zhuāng）置。自動換刀（dāo）裝置應（yīng）當滿足換（huàn）刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置（zhì）的（de）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，常用於數控車床。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（de）刀具，並按數控（kòng）裝置的指令換刀。

回（huí）轉刀架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（qiē）削抗力。由於車削加工精（jīng）度在（zài）很大程度上取決於刀尖位置（zhì），對於數控車床來（lái）說，加工過程中刀具（jù）位置不進行人工調整，因此更有必要（yào）選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保（bǎo）證回轉刀架在每次轉位之後，具有（yǒu）盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下（xià），回轉刀架的換刀動作包括刀架（jià）抬（tái）起、刀（dāo）架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運（yùn）動）

更（gèng）換主軸換刀（dāo）是帶（dài）有旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換刀方式。這（zhè）種主軸（zhóu）頭實際上就

是一個轉（zhuǎn）塔刀庫。

主（zhǔ）軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔（tǎ）的轉位來更（gèng）換主（zhǔ）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，當發出換刀指令時，各主軸（zhóu）頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸（zhóu）帶動刀具（jù）旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換（huàn）主（zhǔ）軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀（dāo）、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜（zá）操作，從而（ér）縮短了換刀時（shí）間，並提高了換刀的可靠性。但是（shì）由於（yú）空間位置的限製（zhì），使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響（xiǎng）了主（zhǔ）軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須（xū）限（xiàn）製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序（xù）較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足（zú）複雜零（líng）件的加（jiā）工需（xū）要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自（zì）動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過（guò）程較為複（fù）雜。首先要把加工過程（chéng）中使用的全部（bù）刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外（wài）進行尺寸預調整（zhěng）後（hòu），按一定（dìng）的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸（zhóu），舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既（jì）可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置的（de）數控機床的主軸箱內隻有一根主（zhǔ）軸，主軸（zhóu）部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因（yīn）而能夠進行複雜零件的多工序加（jiā）工，大大（dà）提高了機（jī）床的適應性和加工效率。帶（dài）刀庫的自（zì）動換刀係（xì）統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具（jù）的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀（dāo）具，通（tōng）過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式（shì）刀（dāo）庫等多種形式，刀庫的形（xíng）式和容量要根據（jù）機床（chuáng）的（de）工藝範圍來確（què）定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向（xiàng）與主軸同向，換刀時（shí）主軸箱（xiāng）上升到一定的（de）位置，使主軸（zhóu）上的刀具正好對準刀庫最下麵的（de）那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀（dāo）柄，盤（pán）式刀（dāo）庫向前運動，拔出主軸（zhóu）上的刀具（jù），然後（hòu）刀庫將下一個工序所（suǒ）用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後（hòu）退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降（jiàng）到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序（xù）的加工。此換刀裝（zhuāng）置的優點是結構簡（jiǎn）單（dān），成本較低，換（huàn）刀可靠性（xìng）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（yú）刀庫容量需（xū）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，刀庫容量（liàng）較大，鏈環的（de）形狀可根（gēn）據機床的布局製成（chéng）各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具（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（fāng）便。

2.刀具的選（xuǎn）擇方式

一般的刀庫內存放有多（duō）把（bǎ）刀具，每次換刀前要進（jìn）行選刀，常用的選刀（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，將加工（gōng）零件所需刀具（jù）按照工（gōng）藝要求依（yī）次插入刀庫的刀套（tào）中，加工是按順序調刀，加（jiā）工不同的工（gōng）件時必須重新調整（zhěng）刀庫中的刀（dāo）具順序。其優點是刀庫（kù）的驅動和控製都比較簡（jiǎn）單。因此，這（zhè）種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（huàn）刀。

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

3.刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要（yào）在（zài）刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原理進行（háng）編碼。刀（dāo）具（jù）編碼選刀方式采用了（le）一種特殊的刀柄（bǐng）結構，並對每把（bǎ）刀具編碼。每把刀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使用（yòng），換下（xià）的刀具不（bú）用放回原刀座，刀庫的容量也（yě）可相應減少。但每把刀（dāo）具上都帶有（yǒu）專用的編碼環，刀具長度加長，製造（zào）困難，刀庫和機械手的結（jié）構變（biàn）複雜。刀套編碼的（de）方式是一把刀具隻（zhī）對應（yīng）一個刀套，從（cóng）一個刀（dāo）套中取（qǔ）出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀（dāo）時間長。目前在加工中心上大量（liàng）使用記憶式的方式。這種方式（shì）能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在（zài）哪個刀套內，刀具（jù）信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置（zhì）檢測裝置，可（kě）獲得（dé）每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀（dāo）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

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞（dì）和裝卸刀具的裝置稱為刀具（jù）交換裝置。刀具（jù）的交換方式有（yǒu）兩種：由刀庫與機床主（zhǔ）軸的相對運動實現刀具交換以及采用（yòng）機械手交換刀具。利用刀庫與機床主（zhǔ）軸（zhóu）的相對運動實現刀（dāo）具交換的裝置在換（huàn）刀時必（bì）須首先將（jiāng）用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀（dāo）具，兩個動作不能同時進行，換刀（dāo）時間較長。而采用機械手換刀裝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。采用機械手進行刀具交換的（de）方式應用最廣泛。這（zhè）是因為機械（xiè）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—返回等一係列動作。為（wéi）了（le）防止刀具掉落，機械手的活動（dòng）爪都帶有自鎖（suǒ）機（jī）構。