控機床的自動換刀裝置，你認（rèn）識幾（jǐ）種？

數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加（jiā）工工（gōng）序，縮短輔助時間（jiān），減少多（duō）次安裝工件（jiàn）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（gāo）、刀具儲存量足夠、刀庫（kù）占地麵積小（xiǎo）以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（jià）是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車床。可以設（shè）計成四方刀架、六角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（bǎ）、六把或更（gèng）多的刀具，並按數控裝置的指令換（huàn）刀。

回轉刀架在（zài）結（jié）構上必須具有（yǒu）良好的強度和剛度，以承受粗加工（gōng）時的切削抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位（wèi）置，對於數控車床來說（shuō），加工過程中刀具位置不進行人工調整（zhěng），因此（cǐ）更有必（bì）要選擇可靠的定位方案和合（hé）理的定（dìng）位結構，以保證回（huí）轉刀架在每次轉位之後，具有盡（jìn）可能高的（de）重複定位精度（dù）（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下（xià），回轉（zhuǎn）刀架的換刀動作包括刀架（jià）抬起（qǐ）、刀架轉位及（jí）刀架壓緊等。

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（yī）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。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸（zhóu）頭，以實現自動換刀。在（zài）轉塔的（de）各（gè）個主軸上（shàng），預先安裝有（yǒu）各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各（gè）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（dài）動刀（dāo）具旋轉。而其它處於不加工位置上的主（zhǔ）軸都與主運動脫開。

這種更（gèng）換主（zhǔ）軸換（huàn）刀裝置，省去了自動鬆（sōng）、夾、卸刀、裝刀以及（jí）刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短（duǎn）了換刀時間，並提高了（le）換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸（zhóu）部件（jiàn）結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛性（xìng）。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數（shù）目，否（fǒu）則會使結構尺寸增（zēng）大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序（xù）較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑（xǐ）床等。

3.帶刀庫的自動換（huàn）刀係（xì）統

由於回（huí）轉刀架（jià）、轉（zhuǎn）塔頭式（shì）換刀裝置容納的刀（dāo）具數量不能太多，不能滿（mǎn）足複雜零件的加（jiā）工需要，因此，自動換刀數（shù）控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀（dāo）庫的自動（dòng）換（huàn）刀裝置由刀庫和換刀機構組（zǔ）成，換刀（dāo）過程較為複雜。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上，在機外進行尺寸預調（diào）整後，按一定的方式放入刀（dāo）庫。換（huàn）刀時，先在刀（dāo）庫中選刀，再由換刀裝置從（cóng）刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀（dāo）庫。刀庫具有較大的容量（liàng），既可安裝在主（zhǔ）軸箱的側麵或上方（fāng）。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱（xiāng）內隻有一根主（zhǔ）軸，主軸部件的剛度要高，以（yǐ）滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠（gòu）進行複雜（zá）零件的多工序加工，大大提高（gāo）了機床的適應性和加（jiā）工效率（lǜ）。帶刀庫（kù）的（de）自動換刀係統適（shì）用於（yú）數控鑽削中心和加工中心。

二、刀（dāo）庫和刀（dāo）具的選擇方（fāng）式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲備一定（dìng）數量的刀具，通過機械手實現與主軸上（shàng）刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈（liàn）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，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的刀具正好（hǎo）對準（zhǔn）刀庫最（zuì）下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸（zhóu）上的刀具，然後刀庫將下一個（gè）工序所用的刀具旋轉（zhuǎn）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（zhóu）夾緊刀柄，主（zhǔ）軸箱下降到工作位置，完（wán）成換（huàn）刀任（rèn）務，進行（háng）下道（dào）工序的（de）加工。此換（huàn）刀裝置的優（yōu）點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用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（zhōng）心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式（shì）刀庫（kù）的結構緊湊，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刀。當需要增加刀具數量時，隻（zhī）需增加鏈（liàn）條的長度即可，給刀庫設計與製造帶來（lái）了方（fāng）便。

2. 刀具的選擇方式

一般（bān）的刀庫內存（cún）放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用（yòng）的選刀方法有順（shùn）序選刀和任意 選（xuǎn）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（gōng）藝要求依次插入刀庫（kù）的（de）刀套中，加工是按順（shùn）序調（diào）刀，加工不同的工件時必須重新調（diào）整（zhěng）刀庫中（zhōng）的刀具順序。其優點是（shì）刀庫的（de）驅動和控製都比較簡單。因此（cǐ），這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少（shǎo）的中、小型數（shù）控機床（chuáng）的自動換刀。

隨著數控係統（tǒng）的（de）發展，目前大多數的數控係（xì）統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編（biān）碼、刀具編碼和記憶（yì）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碼條，一般（bān）都是根據二進（jìn）製編碼（mǎ）的原理（lǐ）進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構（gòu），並對每把刀具（jù）編（biān）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多次重複使用，換下的刀具（jù）不用放回（huí）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碼環，刀具長度加長，製造困難，刀（dāo）庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式是一把刀（dāo）具隻對應一個刀套，從一個（gè）刀套中取出的（de）刀具必須放回同一刀（dāo）套（tào）中（zhōng），取送刀具十分麻煩（fán），換刀時（shí）間長。目前在加（jiā）工中心上（shàng）大量使用記憶式的方式。這種方式（shì）能將（jiāng）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（jù）放（fàng）在哪個刀套內，刀具信息都（dōu）始終記存在PLC內。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（dāo）具就可以（yǐ）任意取（qǔ）出並送回。刀庫上（shàng）還設有機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置（zhì）

數控機床的自動換刀裝置中（zhōng），實現刀庫與機（jī）床主軸之間傳遞和裝卸刀（dāo）具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與（yǔ）機床主軸的相對（duì）運動實現刀具（jù）交換以及（jí）采用機械手交換刀具。利用刀（dāo）庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換（huàn）的裝置在換（huàn）刀（dāo）時必須首先將用過（guò）的刀具送回刀（dāo）庫，然後再（zài）從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同（tóng）時進行（háng），換刀時間較長（zhǎng）。而采用機械手（shǒu）換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和（hé）刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛。這（zhè）是因為機（jī）械（xiè）手換刀靈活，動（dòng）作快，而且結構簡（jiǎn）單。機械手能夠完（wán）成抓刀—拔（bá）刀—回轉—插刀—返（fǎn）回等（děng）一係列動作。為了防止刀具（jù）掉（diào）落，機械手的活動（dòng）爪都帶（dài）有自鎖機構。