數（shù）控機床的自動換刀裝置，你認（rèn）識幾種？

數（shù）控機床（chuáng）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，減少多次安裝工件所引起的誤（wù）差，必須帶有自動換刀（dāo）裝置。自動換刀裝（zhuāng）置應當滿足（zú）換刀（dāo）時間短、刀具重複（fù）定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積（jī）小以及安（ān）全可靠等基本要求。

一、自（zì）動換刀裝（zhuāng）置的形式（shì）

1．回轉刀架換（huàn）刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝（zhuāng）置，常用（yòng）於數控車床。可以設計成四方刀架、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、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具有良（liáng）好的強度和剛度，以承受粗加工（gōng）時的切（qiē）削抗力。由於車削加工精度在很大程度上（shàng）取決於刀尖位置，對（duì）於數控車床（chuáng）來說，加工過程中刀（dāo）具位置不進行人工調整（zhěng），因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定（dìng）位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定位（wèi）精度（一般為（wéi）0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉（zhuǎn）刀架的換刀（dāo）動作（zuò）包括刀架抬起、刀架轉（zhuǎn）位及刀架壓緊等。

2．更換主軸（zhóu）頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀是帶有（yǒu）旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換刀（dāo）方（fāng）式。這種主軸（zhóu）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頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝（zhuāng）有各（gè）工序（xù）所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉（zhuǎn）到加工位置（zhì），並接通主（zhǔ）運動，使相應的主軸帶動（dòng）刀具旋轉。而其它處於不加工位（wèi）置（zhì）上的（de）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、夾、卸刀、裝刀以及刀（dāo）具搬運等一（yī）係列的複雜操作，從而縮（suō）短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的（de）限製，使主軸部件結構尺寸（cùn）不能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸（zhóu）的剛性，必須（xū）限製主（zhǔ）軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔（tǎ）主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太高的機（jī）床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶（dài）刀庫的（de）自動（dòng）換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不（bú）能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數（shù）控機床（chuáng）多采用帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組（zǔ）成，換刀過程較為複雜。首先要（yào）把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上（shàng），在機外進行尺寸預（yù）調整後，按一定的方式（shì）放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將（jiāng）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側麵或上方。由於帶刀庫的自動換（huàn）刀裝（zhuāng）置的數控機床的主軸箱內隻有一（yī）根主軸，主軸部件的剛（gāng）度要高，以滿（mǎn）足精密加工要求。

另外，刀庫內刀（dāo）具數量較大（dà），因而能夠進行（háng）複雜零（líng）件的多工序加工，大大提高了機床的（de）適應性和加工效（xiào）率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削（xuē）中心和加工中（zhōng）心（xīn）。

二、刀庫和刀具的選擇方（fāng）式

1.刀庫類型

刀庫的作（zuò）用（yòng）是儲備（bèi）一定數量的刀具，通（tōng）過（guò）機械手實現與主軸上刀具的互換。刀（dāo）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（de）工藝範圍來確定（dìng）。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對準刀庫最下麵（miàn）的（de）那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的（de）控製下，鬆開刀柄，盤式刀（dāo）庫向前運動（dòng），拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用的刀具旋（xuán）轉至與主軸對準的（de）位置，刀庫（kù）後退將新刀具插入主軸孔（kǒng）中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的（de）優點是結構（gòu）簡單，成本較低，換刀可靠性較（jiào）好；缺點是換刀時間長，適用於（yú）刀庫容量較（jiào）小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工（gōng）中（zhōng）心可采（cǎi）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（kě）根據機床的布局製成各種形（xíng）狀，也可將換刀位突出以便於換（huàn）刀。當需要增加刀具數（shù）量時（shí），隻（zhī）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（duō）把（bǎ）刀具，每次換刀前要（yào）進行選刀，常用的選刀方法有順（shùn）序選刀和（hé）任意 選（xuǎn）刀兩種，順（shùn）序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要（yào）求依次插（chā）入（rù）刀（dāo）庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不（bú）同的（de）工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其（qí）優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式（shì）適合加工（gōng）批量較大、工件品種數（shù）量較少的中、小（xiǎo）型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前（qián）大多數的數（shù）控係（xì）統都采（cǎi）用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具（jù）編碼方式

刀具編碼或（huò）刀套編碼需（xū）要在刀具或刀套上安裝用於（yú）識別的編（biān）碼（mǎ）條，一般都是根據二進製編碼的原理進行編（biān）碼。刀具（jù）編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每（měi）把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀（dāo）座，刀庫的容量也（yě）可相應減少。但每把刀具上都帶有專（zhuān）用的編碼（mǎ）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（dāo）套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一（yī）刀套中，取送刀具（jù）十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用（yòng）記憶式（shì）的方式（shì）。這種方式（shì）能將刀具號和刀庫（kù）中的刀套位置對（duì）應（yīng）地（dì）記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信（xìn）息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢（jiǎn）測裝（zhuāng）置（zhì），可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並（bìng）送回。刀庫上還設有機械原點（diǎn），使每（měi）次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動（dòng）換刀裝置中（zhōng），實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置（zhì）稱為刀具交換裝置。刀具（jù）的交換方式有兩種（zhǒng）：由刀庫與機（jī）床主（zhǔ）軸的相對運（yùn）動實現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（xiàn）刀具交換的裝（zhuāng）置在換刀時必須首先將用過的（de）刀具（jù）送（sòng）回刀庫，然後再從刀庫中取（qǔ）出新刀（dāo）具，兩個動作不能同時進行，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（hé）裝卸機床主軸（zhóu）和刀庫中的刀具，因此換刀（dāo）時間進一步（bù）縮短。采用機械（xiè）手進行刀具（jù）交換的方式應用最廣（guǎng）泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手（shǒu）能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為（wéi）了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。