​數控（kòng）機（jī）床的自動換刀裝（zhuāng）置，你認（rèn）識幾種？

　　

數控機床為（wéi）了能在工件一次（cì）裝夾中完成（chéng）多道（dào）加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所（suǒ）引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀（dāo）裝置應當滿（mǎn）足換刀時（shí）間短、刀具重複（fù）定位精（jīng）度高、刀具儲存量足夠、刀庫（kù）占地麵積小以及（jí）安全可靠等基本要求。

 

一（yī）、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是（shì）一種最簡單（dān）的自動換刀裝置，常用於數控車床。可（kě）以設（shè）計成四方（fāng）刀架、六角刀架或圓（yuán）盤式軸向裝刀刀架（jià）等多種形式。回轉刀架上分別安（ān）裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝（zhuāng）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，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度（dù）在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來（lái）說，加（jiā）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和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複（fù）定位精度（dù）（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況（kuàng）下，回轉刀架（jià）的換刀動作包括（kuò）刀架抬起、刀（dāo）架轉位及刀（dāo）架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更（gèng）換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主（zhǔ）軸頭有臥式和立（lì）式兩（liǎng）種（zhǒng），通常（cháng）用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各（gè）個主軸上，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（wèi）置，並接通（tōng）主運動，使相應的主軸（zhóu）帶動刀（dāo）具旋轉。而（ér）其它處於（yú）不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及（jí）刀具（jù）搬（bān）運等一（yī）係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的（de）限製，使主軸部件結（jié）構尺寸不能（néng）太大，因而影響了主軸係統的剛性（xìng）。為了保證主軸（zhóu）的剛性，必須（xū）限（xiàn）製主軸的數目，否則（zé）會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通（tōng）常隻適用於工序較少（shǎo）、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀（dāo）庫的自動換刀係統（tǒng）

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（duō），不能滿足複雜零件的加（jiā）工需要，因此，自動（dòng）換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換（huàn）刀裝（zhuāng）置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程（chéng）較為複雜。首（shǒu）先要把（bǎ）加工過程中使（shǐ）用（yòng）的全部（bù）刀具分別安裝在標準刀柄上（shàng），在機外進行尺寸預調整後，按一定（dìng）的方式放（fàng）入刀庫。換刀時，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（zhuāng）入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具（jù）有較大的容量，既可安裝在主軸箱（xiāng）的側麵或上方。由於帶刀庫的（de）自動換刀（dāo）裝置的數控機床的主軸箱內（nèi）隻有（yǒu）一根主軸，主軸部件的剛度要高，以（yǐ）滿足（zú）精密加工要（yào）求。

另外（wài），刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工（gōng）序加工，大（dà）大提高了機床的適應性和（hé）加工效率。帶（dài）刀庫的自動換刀係統適用於（yú）數控（kòng）鑽（zuàn）削中心和加工中心。

 

二、刀庫和刀具的選（xuǎn）擇（zé）方式

1.刀庫類型

刀（dāo）庫的作用是儲備一定數量的刀具，通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、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機（jī）床的工藝範（fàn）圍來確定。圖7-16所示的盤（pán）式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀（dāo）時主軸箱上升到一定的（de）位置，使主（zhǔ）軸上的刀（dāo）具正好（hǎo）對準刀庫最下麵的（de）那個位置，刀具被夾住，主軸（zhóu）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置，刀庫後退將新（xīn）刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸（zhóu）箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道（dào）工序的加工。此換刀裝置的優點是結（jié）構簡單，成本較低，換（huàn）刀（dāo）可靠性較好；缺點（diǎn）是換（huàn）刀時間長，適（shì）用於（yú）刀（dāo）庫容量較小的加工中心。

對於（yú）刀庫容量需要較大的加工中心可采用（yòng）鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀（dāo）庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種（zhǒng）形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增（zēng）加刀具數量時，隻需增加鏈條的長（zhǎng）度即可，給刀庫設計與製造帶（dài）來了方便。

2. 刀（dāo）具的（de）選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進（jìn）行選刀，常用的選（xuǎn）刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順（shùn）序（xù）選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具（jù）按照工藝要求依次插入刀庫的刀（dāo）套中，加（jiā）工是（shì）按順（shùn）序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的（de）刀具（jù）順序。其優點是刀庫的驅動和控（kòng）製（zhì）都比較（jiào）簡單。因此（cǐ），這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（jī）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（fāng）式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需（xū）要在刀（dāo）具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一（yī）般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種（zhǒng）特殊的刀柄結構，並對每把刀（dāo）具（jù）編碼。每把（bǎ）刀（dāo）具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次（cì）重複使用，換下的刀具不用放回原（yuán）刀（dāo）座，刀（dāo）庫的容量也可相應減少（shǎo）。但每把刀具上都帶有（yǒu）專用的編碼（mǎ）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）是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出（chū）的（de）刀具必須（xū）放回同一刀套中（zhōng），取送刀具十分（fèn）麻煩，換刀時間（jiān）長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。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控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內（nèi），刀具（jù）信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置（zhì），可獲得每個刀套的位置（zhì）信息。這樣刀具就可以任意取出（chū）並送回。刀庫上還設有機械原點，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（chēng）為刀具交換裝置。刀具的交（jiāo）換（huàn）方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對（duì）運動實現刀具交（jiāo）換以及采用機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的（de）相對（duì）運動實現刀具交換的裝置在（zài）換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫（kù）中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而（ér）采用機械手換刀裝置（zhì）在換刀時能（néng）夠同時抓取和裝卸機床主軸和（hé）刀庫中的刀具，因此換刀時間（jiān）進（jìn）一步縮短。采（cǎi）用機（jī）械手進行刀具交換的方式應用最廣泛（fàn）。這是（shì）因為機械手換刀靈活，動作快，而且（qiě）結構簡單。機械手能（néng）夠完成抓刀（dāo）—拔刀（dāo）—回轉—插（chā）刀—返回等一係（xì）列動作。為了防止刀具掉落，機（jī）械手的活動爪都帶有自鎖機（jī）構。