控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件（jiàn）所引起的誤差，必須帶有自（zì）動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複（fù）定位精度高、刀具儲存（cún）量足夠、刀（dāo）庫占地麵積小以（yǐ）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（huí）轉刀架是一種最（zuì）簡單的自動換刀（dāo）裝置，常用於數控車床。可以（yǐ）設（shè）計成四方刀架、六角（jiǎo）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，並按數控裝（zhuāng）置的指令換刀。

回轉（zhuǎn）刀架在結（jié）構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時（shí）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（chē）床來說，加工過程中刀具（jù）位置不（bú）進行人工調整（zhěng），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（dāo）架在每次轉位之後，具有（yǒu）盡可能高的重（chóng）複定位（wèi）精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀（dāo）架的換刀動作包括刀架抬（tái）起、刀架轉位及（jí）刀架壓緊等（děng）。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換（huàn）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（zhuǎn）塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現（xiàn）自動（dòng）換刀。在（zài）轉塔（tǎ）的（de）各個主軸上，預先安裝有各工序（xù）所需要的旋轉刀具，當發出換刀指（zhǐ）令時，各主軸頭（tóu）依次地轉（zhuǎn）到加工（gōng）位置，並接通主（zhǔ）運動，使相應的主軸帶動刀具（jù）旋轉。而其它處於不加工位置上（shàng）的主軸都與主運動脫開。

這（zhè）種更換主軸換刀裝置，省去了自（zì）動（dòng）鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜（zá）操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換（huàn）刀的可靠性。但是由於空間位（wèi）置的限製，使主軸部件結（jié）構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為（wéi）了保證主軸的剛性（xìng），必須限製主軸的數目，否則會使結（jié）構（gòu）尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求（qiú）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（zhì）容納的刀具（jù）數量不（bú）能太多，不能滿足複雜零件的（de）加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用（yòng）帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置。帶刀庫的自動換刀裝置由（yóu）刀庫和換刀機構組成，換刀過（guò）程較為複雜。首先要把加工過程中使用（yòng）的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整（zhěng）後，按一定的方式放（fàng）入刀庫。換（huàn）刀時，先在刀庫中選刀，再（zài）由換（huàn）刀裝置從刀庫（kù）或主軸上取出刀具（jù），進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既（jì）可（kě）安裝在主軸箱的（de）側麵或上方。由於帶刀庫的（de）自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一（yī）根（gēn）主軸，主軸部件（jiàn）的剛度要高（gāo），以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量（liàng）較大（dà），因（yīn）而（ér）能（néng）夠進行複雜零件的多（duō）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）數控鑽削中心和加工中心。

二、刀（dāo）庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫（kù）的作用是儲備一定數量的刀具，通過（guò）機械手實現與主軸（zhóu）上刀（dāo）具的互換。刀庫的類型有（yǒu）盤式刀（dāo）庫（kù）、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向（xiàng）與主軸同向，換（huàn）刀時主軸箱上升到一定的位置（zhì），使主軸上的刀具正（zhèng）好對準刀庫最（zuì）下麵的那個位置，刀（dāo）具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫（kù）向前運動，拔出主軸上的刀（dāo）具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋（xuán）轉至與主軸對（duì）準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊（jǐn）刀（dāo）柄，主軸箱下降到（dào）工作位置，完成換刀任（rèn）務，進行下道（dào）工序的加（jiā）工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本（běn）較低（dī），換刀可靠性較好；缺點是換刀時間（jiān）長，適用於刀庫容量較小的加工中心（xīn）。

對於刀庫（kù）容量需要較大的加工中心可采用鏈式（shì）刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較（jiào）大，鏈環的形狀可根（gēn）據機床（chuáng）的布局製成各種（zhǒng）形狀，也（yě）可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀（dāo）具（jù）數量時，隻需增加鏈（liàn）條的長度即可，給刀庫設（shè）計（jì）與製造（zào）帶來了方（fāng）便（biàn）。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把（bǎ）刀具，每次換刀前要進行（háng）選刀（dāo），常用的選刀方法有（yǒu）順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零件（jiàn）所需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，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中（zhōng）的刀具順序。其優點（diǎn）是刀庫的驅（qū）動和控製都比較簡單（dān）。因此（cǐ），這種方式（shì）適合加工批量較大、工件品種（zhǒng）數量較少的中、小型數（shù）控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發（fā）展，目前大（dà）多數的數控（kòng）係統都（dōu）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（fāng）式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用（yòng）於識別的編碼條，一般都是根據二進製（zhì）編碼的原理進行編碼。刀具編（biān）碼（mǎ）選刀方式采用了一種特（tè）殊的刀柄（bǐng）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（zài）不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不（bú）用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀（dāo）具上都帶有專用（yòng）的編碼環，刀具長度加（jiā）長，製造困難，刀庫和機械手（shǒu）的結構變複雜。刀套編（biān）碼的方式是（shì）一（yī）把刀具隻對應（yīng）一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回（huí）同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大（dà）量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號（hào）和刀庫中的刀套位置（zhì）對應地記憶在數控係統的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（shàng）裝有位置檢測裝置，可獲得每（měi）個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任（rèn）意取出（chū）並送回。刀庫上還設（shè）有（yǒu）機（jī）械原點，使每次選刀（dāo）時就近選取。

三、刀具交換裝（zhuāng）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（chuán）遞和裝卸刀（dāo）具（jù）的裝置稱（chēng）為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫（kù）與機（jī）床（chuáng）主軸的相對運（yùn）動實（shí）現刀（dāo）具（jù）交（jiāo）換以及采用機（jī）械手（shǒu）交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀（dāo）具交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再（zài）從刀庫中取（qǔ）出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀（dāo）裝置在換刀時能（néng）夠同時抓取和裝卸機床（chuáng）主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步（bù）縮（suō）短。采用機械手進行（háng）刀具（jù）交換的方式應用最（zuì）廣泛。這是因（yīn）為機（jī）械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械（xiè）手（shǒu）能夠完成抓刀—拔（bá）刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。