數控（kòng）機床的自動換刀裝（zhuāng）置，你（nǐ）認識幾種（zhǒng）？

數控（kòng）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（gōng）件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲存（cún）量足夠、刀庫占地麵積小以（yǐ）及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀裝置的形式

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（yú）數控車床。可（kě）以設（shè）計成四方刀架、六角刀架或圓（yuán）盤式軸向裝刀刀（dāo）架等多種形式。回轉（zhuǎn）刀架上分別（bié）安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控（kòng）裝置（zhì）的指令換刀。

回轉（zhuǎn）刀架（jià）在（zài）結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受（shòu）粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度在（zài）很大程度上取決於刀尖位（wèi）置，對於數控（kòng）車床來說，加工過程中刀（dāo）具位置不進行人工調整，因此（cǐ）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（huí）轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能（néng）高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回（huí）轉刀（dāo）架（jià）的（de）換刀動作包括刀（dāo）架抬起、刀架（jià）轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換（huàn）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（dān）的換刀方（fāng）式。這種主軸頭實際上就

是一個轉（zhuǎn）塔刀庫。

主軸頭有臥（wò）式和立（lì）式兩種，通常用轉塔的（de）轉位（wèi）來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安（ān）裝有（yǒu）各工序所需要的旋（xuán）轉刀具，當發出換刀指令（lìng）時，各主軸頭依（yī）次地轉到（dào）加工位置（zhì），並接通主（zhǔ）運動，使相應的主軸帶動刀（dāo）具旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆（sōng）、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬（bān）運等一係列的複雜操作，從（cóng）而縮（suō）短了換刀時間，並提高了換刀的可靠（kào）性。但是（shì）由於空間位置的限製，使主軸部件（jiàn）結構尺寸不能太大，因而影響了主軸（zhóu）係統的剛性。為了（le）保（bǎo）證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則（zé）會使結構尺寸增（zēng）大。因此，轉塔主軸頭通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（dài）刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭（tóu）式換刀裝置容納的刀具數量（liàng）不能太多（duō），不能滿足複雜零件的加（jiā）工需要（yào），因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置由刀庫和換刀（dāo）機構組成，換刀過程較為（wéi）複（fù）雜。首先要把加工過程（chéng）中使用的全部刀具分別安裝在（zài）標準刀柄上，在（zài）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，再由換刀裝置從刀庫或（huò）主軸上取出（chū）刀具，進行交換（huàn），將新刀裝入主軸，舊刀放回刀（dāo）庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的（de）側麵或上方。由於帶刀庫（kù）的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內（nèi）隻有一根主軸（zhóu），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，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削（xuē）中心和加工（gōng）中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是（shì）儲備一定數量的刀具，通過（guò）機械手實現（xiàn）與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤（pán）式（shì）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（fàn）圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫（kù），刀具的方向與主軸同（tóng）向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上（shàng）的刀具正好對準刀庫最下（xià）麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆（sōng）開刀柄（bǐng），盤式刀庫向前運動，拔（bá）出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀（dāo）具旋轉（zhuǎn）至與主軸對準的位置，刀庫後退將新（xīn）刀具（jù）插入主（zhǔ）軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道（dào）工序的（de）加（jiā）工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本（běn）較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀（dāo）時間長，適用於刀庫容量較（jiào）小的加工（gōng）中心（xīn）。

對於（yú）刀庫容量需要較大的加工中心可采（cǎi）用鏈式刀（dāo）庫（圖7-17），鏈式刀庫的（de）結（jié）構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的（de）形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換（huàn）刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製（zhì）造（zào）帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式（shì）

一般的（de）刀庫（kù）內存（cún）放（fàng）有多把刀具，每（měi）次換刀前要（yào）進行選刀（dāo），常用的選刀方法（fǎ）有順序選刀（dāo）和任意（yì） 選刀兩種，順序選刀（dāo）是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插（chā）入刀庫的刀套中，加工是（shì）按順序（xù）調刀（dāo），加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優（yōu）點（diǎn）是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此（cǐ），這（zhè）種方式適合加工批量（liàng）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（shù）控係統的發展，目前大多數的數控係統都采用任（rèn）意選刀的方式，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要在刀具或刀套上安裝用於識別的編（biān）碼（mǎ）條，一般都是根據二進製編碼的原理進（jìn）行（háng）編碼（mǎ）。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄（bǐng）結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都（dōu）具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中（zhōng）多次重複使用，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編（biān）碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複（fù）雜。刀（dāo）套編碼（mǎ）的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀（dāo）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（dāo）時間長。目前在加工中心上大（dà）量使用記（jì）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（lùn）刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可（kě）獲（huò）得每（měi）個刀套的位置信（xìn）息。這樣（yàng）刀具就可以任意取出並送回。刀庫上（shàng）還設有機械（xiè）原點（diǎn），使每次（cì）選刀時就近選取。

三、刀具交（jiāo）換裝（zhuāng）置

數控機（jī）床的自動（dòng）換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀（dāo）具交換裝置。刀（dāo）具的交換方式有兩種：由刀庫與機床（chuáng）主（zhǔ）軸的相對運動實現刀具交換以及采用（yòng）機械手（shǒu）交換刀具。利用刀（dāo）庫（kù）與機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝（zhuāng）置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具（jù），兩個（gè）動作（zuò）不（bú）能同時（shí）進行，換刀時間較長。而采用機械（xiè）手換（huàn）刀裝置在換（huàn）刀時（shí）能夠同時抓取和裝（zhuāng）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（dāo）具交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械（xiè）手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回（huí）等一係列動作。為了防止（zhǐ）刀（dāo）具掉落，機械手（shǒu）的（de）活動爪都帶有自鎖機構。