數（shù）控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機（jī）床為了（le）能在工件（jiàn）一次裝夾中完成多道加（jiā）工工序，縮短輔助（zhù）時間（jiān），減少多次安裝工件所引起的誤（wù）差，必須帶有自動換刀裝置。自（zì）動換（huàn）刀裝置應當滿足換刀時間短（duǎn）、刀具重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小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（dāo）

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（xíng）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）具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於（yú）數控車床來說，加工（gōng）過程中刀具位置不進行人（rén）工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案（àn）和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之（zhī）後，具有盡可能高的重複（fù）定位（wèi）精度（一般為0.001～0.005mm）。

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

2．更換主軸頭換刀（刀具（jù）旋轉為主（zhǔ）運動）

更換（huàn）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。這種主（zhǔ）軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種（zhǒng），通常（cháng）用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動（dòng）換刀。在轉塔的各個主（zhǔ）軸（zhóu）上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發（fā）出換（huàn）刀指令時，各（gè）主（zhǔ）軸頭依次（cì）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。而其（qí）它處於（yú）不加工位置上的主（zhǔ）軸都與主運動脫（tuō）開。

這（zhè）種更換主軸換刀裝（zhuāng）置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀（dāo）具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高（gāo）了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸（cùn）不能太大，因而影（yǐng）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（de）數目，否則（zé）會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太（tài）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（huàn）刀（dāo）裝置容納的刀具（jù）數（shù）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（kòng）機床多采（cǎi）用帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置（zhì）。帶刀庫（kù）的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程（chéng）中使用的全部刀具分別安裝在標（biāo）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（kù）。換刀時，先在刀庫（kù）中選刀，再（zài）由換刀裝置從（cóng）刀（dāo）庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀（dāo）放回刀庫。刀庫具（jù）有較（jiào）大的容（róng）量，既可（kě）安裝（zhuāng）在主軸箱的側麵或（huò）上方。由於帶（dài）刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸，主（zhǔ）軸部件（jiàn）的剛度要高，以滿足精密加工要求。

另（lìng）外，刀（dāo）庫內刀具數量較大，因而能夠進行複（fù）雜零件的多（duō）工序加工，大（dà）大提高了機床的適應性和加（jiā）工效率。帶刀庫的自動換刀係統適（shì）用於數控鑽削中心和加（jiā）工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀（dāo）庫類型

刀庫的作用是儲備一定數量的（de）刀具，通過機（jī）械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤（pán）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（què）定。圖7-16所示的盤式刀庫（kù），刀具的方（fāng）向與主軸（zhóu）同向，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麵的（de）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（dòng），拔出主（zhǔ）軸上的刀具（jù），然後刀庫將下一個工序（xù）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（zhóu）孔中，主軸夾緊刀柄（bǐng），主軸箱下降到工（gōng）作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結（jié）構簡單，成本較（jiào）低，換刀可靠（kào）性較好；缺點是換（huàn）刀時間長，適用於刀庫（kù）容量較（jiào）小的加工中（zhōng）心。

對於刀庫（kù）容量需要（yào）較大的（de）加工中心可采用（yòng）鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的（de）結構緊湊（còu），刀庫容量較大，鏈（liàn）環的形狀可根據機床（chuáng）的布（bù）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，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造（zào）帶來了方便。

2. 刀具（jù）的選擇方式（shì）

一般（bān）的刀庫內存放有多把刀（dāo）具，每次換刀前要進行選（xuǎn）刀，常用的選刀方法有（yǒu）順序選刀和任（rèn）意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工（gōng）零件所需刀（dāo）具按（àn）照工藝要求依次插入刀（dāo）庫的刀套中，加工是按順序調刀（dāo），加工不同的工件時必須重新調整刀庫（kù）中的刀具順序。其優點是刀庫（kù）的驅動和控製都比較簡單。因此（cǐ），這種方（fāng）式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中（zhōng）、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的（de）發展，目前大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀（dāo）具編碼和記憶式等（děng）三種。

3. 刀具（jù）編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需（xū）要在刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編（biān）碼選刀方式采用了一種特殊的（de）刀柄結（jié）構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具（jù）有自己的代碼，因而刀（dāo）具可在不（bú）同的（de）工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的（de）容量也可相應減少。但每把（bǎ）刀具上都帶有專用的編（biān）碼環，刀具長度加長，製造（zào）困難，刀庫和機械手的結（jié）構變複雜。刀套（tào）編碼的方式是一把刀具（jù）隻對應一個刀套，從一個刀（dāo）套中取出的刀具必（bì）須放回同一刀套中，取（qǔ）送（sòng）刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方（fāng）式。這種方式能將刀具號和刀庫中（zhōng）的刀套位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀（dāo）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，可獲得每個刀套的位（wèi）置信息。這樣（yàng）刀具就（jiù）可以任意（yì）取（qǔ）出並送回（huí）。刀（dāo）庫上還設有機（jī）械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀（dāo）具交換裝置

數控機床的自動換刀（dāo）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（wéi）刀（dāo）具交換裝置。刀具的交換方式（shì）有兩種：由刀庫與機（jī）床主軸的相（xiàng）對運動實現（xiàn）刀具（jù）交（jiāo）換以及采用（yòng）機械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸（zhóu）的相對運動實現刀具交（jiāo）換的裝置在換刀時必須首先將（jiāng）用過的刀（dāo）具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行（háng），換刀時間較長。而采用機械手換刀裝（zhuāng）置在（zài）換刀時能（néng）夠同時抓取和裝卸機床主軸（zhóu）和刀庫中（zhōng）的刀（dāo）具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的（de）方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀（dāo）靈活，動作快，而且結構（gòu）簡單。機械（xiè）手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一（yī）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。