​數控機床的自動換刀裝置（zhì），你認識幾種？

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數控機（jī）床為了能（néng）在工件一次裝夾中（zhōng）完成多道加工工序，縮（suō）短輔助時間，減少多次（cì）安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置（zhì）應當滿足換刀時間短、刀具（jù）重複定（dìng）位精度高、刀具儲存（cún）量足夠、刀庫占地麵（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（shì）

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種（zhǒng）最簡單的自動換刀裝置，常用於數（shù）控車床。可以設計（jì）成四方刀架、六（liù）角刀架或圓（yuán）盤式軸向裝（zhuāng）刀刀架等多種形式。回轉刀（dāo）架上分別安裝著（zhe）四把、六把（bǎ）或（huò）更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀（dāo）。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度（dù），以承受（shòu）粗加工時的切削抗力。由（yóu）於車削加工精度在很大程度上取（qǔ）決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具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（hé）合理的定位結構（gòu），以保證回轉刀架（jià）在每（měi）次轉位之後，具有盡（jìn）可能高的重複定位（wèi）精度（一般為（wéi）0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動（dòng）作包括刀架抬起（qǐ）、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是（shì）帶（dài）有旋（xuán）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）實際上就

是一個（gè）轉塔刀庫。

主軸（zhóu）頭（tóu）有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來（lái）更換主軸頭，以實現自動換刀。在（zài）轉塔的各個主軸上（shàng），預先安裝有各工序（xù）所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭（tóu）依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應（yīng）的主（zhǔ）軸帶動刀具旋轉（zhuǎn）。而其它（tā）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（qù）了自動鬆、夾、卸刀、裝（zhuāng）刀以及刀具搬運等一（yī）係列的複雜操作（zuò），從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性（xìng）。但是（shì）由於空間位置的限製，使主軸（zhóu）部件結構尺寸不能（néng）太（tài）大，因而影響了主軸係統的剛性。為（wéi）了保證主軸（zhóu）的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因（yīn）此（cǐ），轉塔主軸頭通常（cháng）隻適用於工序較少、精度要求不太高的機（jī）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（huàn）刀裝置容（róng）納的刀具（jù）數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀（dāo）庫的自動換刀（dāo）裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過（guò）程較為複雜。首（shǒu）先要（yào）把加（jiā）工過程中使用的全部刀具分別安（ān）裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀（dāo）時，先在刀庫中選刀，再由換刀（dāo）裝置從刀庫或（huò）主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫（kù）。刀庫具有較大的容量，既可安裝（zhuāng）在主（zhǔ）軸箱的側麵（miàn）或上方。由（yóu）於帶刀庫的自動換刀（dāo）裝（zhuāng）置的數控機（jī）床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。

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序（xù）加工，大大提高了機床的適應（yīng）性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中（zhōng）心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方（fāng）式

1.刀庫類型

刀庫的作用是（shì）儲備（bèi）一定數量的刀具，通過機（jī）械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類（lèi）型有盤式刀庫、鏈式刀（dāo）庫等多種形式，刀庫的形式和容量要（yào）根據機床的工藝（yì）範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時（shí）主軸箱上升到一定的位置，使主軸（zhóu）上的刀具正好對（duì）準刀庫最下麵的那個位置，刀具被（bèi）夾住（zhù），主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前（qián）運動，拔出主軸上的刀具（jù），然（rán）後刀庫（kù）將下一個（gè）工序所用的刀具旋轉（zhuǎn）至與（yǔ）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，主軸（zhóu）箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此（cǐ）換刀裝置的優點是結構簡（jiǎn）單（dān），成本較低（dī），換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用（yòng）於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心（xīn）可（kě）采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈（liàn）環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位（wèi）突出以便（biàn）於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫（kù）設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀（dāo）前要進行選刀，常用的選刀方法有順序（xù）選刀和任意 選刀兩（liǎng）種，順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具（jù）按照工藝要求依次插入刀（dāo）庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同的工件時必須（xū）重新調整刀（dāo）庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動（dòng）和控（kòng）製都比較簡單。因此（cǐ），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（fā）展，目前大多（duō）數的數控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和（hé）記憶式等三種。

3. 刀具編（biān）碼方式

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（shì）根據二（èr）進製編碼的原理進行編碼。刀具（jù）編碼（mǎ）選刀方式采用了一種特殊（shū）的刀柄結構，並對（duì）每把刀具編碼。每把刀具都（dōu）具有自己的代碼，因而刀具（jù）可（kě）在不同的工序（xù）中多次重複使（shǐ）用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的（de）編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀（dāo）庫和機（jī）械手的結構變（biàn）複雜。刀套編碼的方式是一把刀具（jù）隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前（qián）在加工中心上大量使用記憶式的方式（shì）。這種方式（shì）能將刀具號和刀庫中（zhōng）的刀套位置對應（yīng）地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套（tào）內，刀具信息都始終記（jì）存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位（wèi）置信息。這樣（yàng）刀具就可以任意（yì）取出並送（sòng）回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近（jìn）選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動（dòng）換刀裝置中，實現刀（dāo）庫與機床主軸之間（jiān）傳遞和裝卸刀具的裝置稱為（wéi）刀具交換裝置。刀具（jù）的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動（dòng）實現（xiàn）刀具交換以及采用機械手交換刀具。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（shǒu）先將用過的刀具（jù）送回（huí）刀庫（kù），然後再（zài）從（cóng）刀庫中取出（chū）新刀具，兩個動作不（bú）能同時進行，換刀時間較長。而采用（yòng）機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和（hé）裝卸機床主（zhǔ）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式（shì）應用最廣泛。這是（shì）因為機械手換刀靈（líng）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。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。