​數控機床（chuáng）的自動（dòng）換（huàn）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（zhù）時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換（huàn）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、刀具儲存量足夠、刀（dāo）庫占地（dì）麵（miàn）積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置（zhì）的形式

1．回轉刀架換刀

回轉（zhuǎn）刀架是一（yī）種最簡單的自動換刀裝（zhuāng）置，常（cháng）用於數控（kòng）車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓（yuán）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，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須（xū）具有（yǒu）良好的（de）強度和剛度，以承受（shòu）粗加工時的切削抗力。由於（yú）車削加工精度在很大程度上（shàng）取決於刀尖位置，對於數（shù）控車床來說，加工過程中（zhōng）刀具位置不進行人工（gōng）調整，因此更有（yǒu）必要選擇可靠的定位（wèi）方案（àn）和合理（lǐ）的（de）定（dìng）位結構，以保證（zhèng）回轉刀架在每次轉位之後，具（jù）有（yǒu）盡（jìn）可能高的（de）重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情（qíng）況下，回轉刀架的換刀動作包（bāo）括刀架抬起、刀架轉（zhuǎn）位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更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（shì）。這種主軸頭（tóu）實際上（shàng）就

是一個轉塔刀庫。

主軸（zhóu）頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主（zhǔ）軸頭，以實現自動（dòng）換刀。在轉塔的各個（gè）主軸上，預先安裝有各工序所需（xū）要（yào）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，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而（ér）其它處於不加工位置上的主（zhǔ）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、裝刀以及刀具搬運等一係列（liè）的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提（tí）高了換刀的可靠性（xìng）。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻（zhī）適用（yòng）於工序較少、精度要求不（bú）太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係（xì）統（tǒng）

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀（dāo）裝置容（róng）納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜零（líng）件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶（dài）刀庫的（de）自動換（huàn）刀裝置。帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置由刀庫和換（huàn）刀機構組成，換刀過程較為複（fù）雜。首先要把（bǎ）加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄（bǐng）上，在機外進行尺寸（cùn）預（yù）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（zài）由換刀裝置從刀庫或主軸（zhóu）上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主（zhǔ）軸，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置的數控（kòng）機床的主軸箱內隻有一根（gēn）主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床（chuáng）的適（shì）應性和加工效（xiào）率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數（shù）控鑽（zuàn）削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通（tōng）過機（jī）械手實現與主軸上刀（dāo）具的（de）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床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀（dāo）具的方向與主（zhǔ）軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的（de）刀具正好對準刀庫最下麵的那個位置（zhì），刀具被夾住（zhù），主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤（pán）式刀庫向前運動，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，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主（zhǔ）軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工（gōng）序的加工。此（cǐ）換刀裝置的優點是結構簡單，成本（běn）較低，換刀可靠性較好；缺點（diǎn）是換刀時間長，適用於刀庫（kù）容量較小的（de）加工中心。

對於（yú）刀庫容量需要（yào）較（jiào）大的加工中（zhōng）心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊（jǐn）湊，刀庫容量較大（dà），鏈環的（de）形狀可根（gēn）據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀（dāo）位突出以便於換刀。當需要增加刀具數（shù）量時，隻需增加鏈條（tiáo）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（cún）放有多把刀（dāo）具，每次換刀前要進行選刀，常用的選（xuǎn）刀方法有順序選刀和任意選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝（yì）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（zhěng）刀庫中的刀具順序。其優（yōu）點（diǎn）是刀（dāo）庫的（de）驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合（hé）加工批量較大、工（gōng）件品種數量較少（shǎo）的中、小型數控機床的（de）自動換刀。

隨著數控係統的發展（zhǎn），目前大（dà）多數的數控係統（tǒng）都采（cǎi）用任意選刀的方式（shì），其分為刀套編碼、刀具（jù）編碼和記憶式等三種。

3.刀具編碼方式

刀具編碼或刀（dāo）套編（biān）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（jìn）行編（biān）碼。刀具編（biān）碼（mǎ）選刀方式采用了一（yī）種特殊的刀柄結構，並對（duì）每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而（ér）刀具可在不同的工序中多次重複（fù）使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也（yě）可相應（yīng）減少。但每把（bǎ）刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個（gè）刀套中取出的刀具必須放回同（tóng）一刀套中，取送刀（dāo）具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式（shì）。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀（dāo）套位置對應地記憶（yì）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（zhōng）記存在PLC內（nèi）。刀庫上裝有位置檢（jiǎn）測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上（shàng）還設有機（jī）械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數（shù）控機床的自動換（huàn）刀（dāo）裝置中，實現刀庫與機床主軸之（zhī）間（jiān）傳遞和裝卸刀具的裝置稱（chēng）為刀具交換裝置。刀具（jù）的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸（zhóu）的相（xiàng）對運動實現刀具交換（huàn）以及采用機械（xiè）手交換刀具。利用刀庫與機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刀（dāo）庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動（dòng）作不能同（tóng）時進行，換刀時間較長。而（ér）采用機（jī）械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸（zhóu）和刀庫中的刀（dāo）具（jù），因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀（dāo）具交換的方式應用最廣泛（fàn）。這是因（yīn）為機械手（shǒu）換刀靈活（huó），動作快，而且（qiě）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。為了防止（zhǐ）刀具掉落，機（jī）械手（shǒu）的活動爪都帶有自鎖機構。