控機床的（de）自動（dòng）換（huàn）刀裝置，你認識幾（jǐ）種？

數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短（duǎn）輔助時（shí）間，減少多次安裝工件（jiàn）所（suǒ）引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應（yīng）當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具（jù）儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及（jí）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（de）自動換刀裝置，常用於數控（kòng）車床。可以設計成四方刀架（jià）、六角刀架或圓盤（pán）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（gèng）多的刀具，並按（àn）數控（kòng）裝（zhuāng）置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強（qiáng）度（dù）和剛度，以承受粗（cū）加工（gōng）時的切削抗力。由於車削加工精度在很大（dà）程度上取決於刀尖位置（zhì），對（duì）於數控（kòng）車床來說，加工過程中刀具（jù）位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可（kě）靠的定位方案（àn）和合理的定位結構，以保（bǎo）證回轉刀（dāo）架在（zài）每次轉位之後，具有盡（jìn）可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀（dāo）架抬起、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）

更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的（de）一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際（jì）上就（jiù）

是一個轉（zhuǎn）塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔（tǎ）的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉（zhuǎn）塔的各個主軸上，預先安裝（zhuāng）有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指（zhǐ）令時，各主軸頭（tóu）依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處（chù）於不加工（gōng）位置（zhì）上的主軸（zhóu）都與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾（jiá）、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作（zuò），從而縮短了換（huàn）刀時間，並提高了換刀（dāo）的可靠性。但是由（yóu）於空間位置的限製，使主軸（zhóu）部件結構尺寸不能（néng）太大，因而影響了主軸係統（tǒng）的剛性。為了保證（zhèng）主軸（zhóu）的剛性，必須限（xiàn）製主軸的數目，否則會使結構（gòu）尺寸增大。因此，轉塔主軸（zhóu）頭（tóu）通常隻適（shì）用（yòng）於工序較少、精度要求不太高的（de）機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換（huàn）刀係統（tǒng）

由於回轉刀架（jià）、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜（zá）零件的加工需要（yào），因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自（zì）動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程（chéng）較（jiào）為複雜。首（shǒu）先要把加工（gōng）過程中使用的全部刀（dāo）具分別（bié）安裝在（zài）標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的（de）方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由（yóu）換刀裝置從刀庫或主（zhǔ）軸上取出刀具，進行（háng）交換（huàn），將新刀（dāo）裝入主（zhǔ）軸，舊（jiù）刀放（fàng）回刀庫。刀庫（kù）具有較大的容量，既可安裝在主（zhǔ）軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置（zhì）的數控機床的（de）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（néng）夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了（le）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）中心和加工中心。

二、刀庫和（hé）刀具（jù）的（de）選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作（zuò）用是儲備一定數（shù）量的刀具，通過機械手實（shí）現與（yǔ）主軸上刀具（jù）的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的（de）形式和容（róng）量要（yào）根據機床的工（gōng）藝範圍來確（què）定。圖7-16所（suǒ）示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱（xiāng）上升到一定的位置，使主軸上的（de）刀具正好對準刀庫最下（xià）麵的那個位置，刀（dāo）具被（bèi）夾住（zhù），主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔（bá）出主軸（zhóu）上的刀具，然後刀庫將下一個工（gōng）序所用的刀具旋轉（zhuǎn）至與主軸對準的位（wèi）置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構（gòu）簡單，成本較低，換刀可（kě）靠性較好；缺點是（shì）換（huàn）刀時間長，適用於（yú）刀庫容（róng）量較小的加工中心。

對於（yú）刀庫（kù）容量需要較大的加工中心可采用（yòng）鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀（dāo）庫容量較大，鏈環的形狀可根（gēn）據機床的布局製（zhì）成各種形狀，也可（kě）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（de）長度即可，給刀庫設計與（yǔ）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（jìn）行選（xuǎn）刀，常用的選刀方法有順序選刀和（hé）任意 選刀兩種，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庫的刀套中，加工是按（àn）順序調（diào）刀，加工（gōng）不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀庫的驅動和控製都比較簡單（dān）。因此，這種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（de）自（zì）動換刀。

隨著數控係統的發展，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、刀具編碼和記憶式等（děng）三種（zhǒng）。

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於識別的編碼條，一般（bān）都是根據（jù）二進製編碼（mǎ）的原理進行編碼。刀具編碼選刀（dāo）方式采用了一（yī）種特殊的（de）刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有（yǒu）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，刀庫和機械手的結構（gòu）變複雜。刀套（tào）編碼的方式是一把刀具隻對（duì）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（dāo）具十（shí）分（fèn）麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這（zhè）種方式（shì）能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控（kòng）係統的PLC中，無（wú）論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀（dāo）庫上裝有位置檢測裝置，可獲（huò）得每（měi）個刀套的位置（zhì）信息（xī）。這樣刀具就可以任（rèn）意取出並送回。刀庫上還設有機械原（yuán）點（diǎn），使每次選刀時就近選取。

三、刀具（jù）交換裝置（zhì）

數控機床的（de）自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸（zhóu）之間傳遞和裝卸刀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（kù）與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及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的裝置在換刀時必須首先將用過的（de）刀具送回刀庫，然後再從刀庫（kù）中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采（cǎi）用機械（xiè）手換刀裝置在換刀時能（néng）夠（gòu）同時抓取和裝卸機（jī）床主軸和刀（dāo）庫中（zhōng）的刀具，因（yīn）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（wéi）機械手換刀靈活，動作快（kuài），而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀（dāo）—拔刀—回轉—插刀—返（fǎn）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（yǒu）自鎖機構。