數控機床的自動換刀裝置，你認（rèn）識幾種（zhǒng）？

數控機床為了能在工件一（yī）次裝夾中完（wán）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差，必須帶有自動換刀裝置。自（zì）動換刀裝（zhuāng）置應當滿足換刀時間（jiān）短（duǎn）、刀具重複定位精度高、刀具儲（chǔ）存量足夠、刀庫占地麵積小（xiǎo）以及（jí）安全可靠等基（jī）本要求。

一、自動換刀裝置的（de）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，常用於數控車床。可以設（shè）計成四方（fāng）刀架、六角（jiǎo）刀架或圓盤式軸向（xiàng）裝刀刀架等多種形式（shì）。回轉刀架（jià）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（zhuǎn）刀架在結構上必須具（jù）有良好的強度和剛度，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（jué）於（yú）刀尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具（jù）位置不進行人工調整，因此更有必要（yào）選擇可靠的（de）定位方案（àn）和合理的定位結構，以保證回轉刀架在（zài）每次轉位之（zhī）後，具有盡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（dòng）作包括刀架抬起、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一種比較簡單的換刀方式。這種（zhǒng）主軸頭實際上就（jiù）

是一個（gè）轉塔（tǎ）刀庫。

主軸頭有臥（wò）式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換（huàn）主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的（de）各個主軸上（shàng），預先安裝有各工序所需要的（de）旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的（de）主（zhǔ）軸帶動刀具旋轉。而（ér）其它處於不加工（gōng）位置上的主軸都與主運動（dòng）脫開。

這種更換主軸換刀裝置（zhì），省（shěng）去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以（yǐ）及刀具搬運等一係列的複（fù）雜操作（zuò），從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但（dàn）是由於空間（jiān）位置的限製，使主軸（zhóu）部件結構尺寸不能太大，因（yīn）而影響了主軸係統的剛（gāng）性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的（de）數目，否則會使結構尺寸增大。因（yīn）此（cǐ），轉塔主軸頭通常隻適用（yòng）於工序較（jiào）少、精（jīng）度要求（qiú）不太高的機（jī）床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由（yóu）於回（huí）轉刀架、轉塔頭式（shì）換刀裝置容納的刀具數量不能太多（duō），不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動（dòng）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置由刀（dāo）庫和換刀機構（gòu）組成，換刀過程較為複雜（zá）。首先要把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（cùn）預調整後，按（àn）一定的方式放入刀庫。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，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有（yǒu）較大的容量，既（jì）可（kě）安裝（zhuāng）在主軸箱的側麵或上方。由於帶（dài）刀庫的自動換刀裝置的數控機床（chuáng）的主（zhǔ）軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精（jīng）密加工要求。

另外，刀庫內（nèi）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（tí）高了機床（chuáng）的適應性和（hé）加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中（zhōng）心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇（zé）方式

1.刀庫類型（xíng）

刀庫的作用是儲備一定數量的（de）刀具，通過機械手（shǒu）實（shí）現與主軸上刀具的（de）互換。刀庫的類型有（yǒu）盤式刀庫、鏈（liàn）式（shì）刀庫等多種（zhǒng）形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝（yì）範圍來確定。圖7-16所示（shì）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（kù）最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在（zài）CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動（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轉至與主軸對準的位置，刀庫後（hòu）退將新刀（dāo）具插入主（zhǔ）軸孔（kǒng）中，主軸夾緊刀（dāo）柄，主軸（zhóu）箱下降到工作位置，完成換（huàn）刀任務，進行下道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換（huàn）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（róng）量需要較大的加工中心可（kě）采用鏈式刀（dāo）庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較（jiào）大，鏈環（huán）的形狀可根據機床的布（bù）局製成各種（zhǒng）形狀，也可將換刀位突出以便於換刀（dāo）。當需要增加刀具數量時，隻需（xū）增加（jiā）鏈條的長度即可，給刀（dāo）庫設計與製造帶（dài）來（lái）了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫（kù）內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的（de）選刀方法有順序選刀（dāo）和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加（jiā）工零件所需（xū）刀具按照工藝（yì）要（yào）求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工不同（tóng）的（de）工件時必須（xū）重新調整刀（dāo）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，這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較（jiào）少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係統（tǒng）都采用任（rèn）意選刀的方式，其分為（wéi）刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼（mǎ）方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或（huò）刀套上安裝用於識別的編碼條，一般（bān）都是根據二（èr）進製編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種（zhǒng）特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可（kě）在（zài）不同的工序中多次重複使用，換下的刀具（jù）不用放回原刀座，刀庫的容量（liàng）也可相應減少。但每把刀具（jù）上都帶（dài）有專用的編碼環（huán），刀具（jù）長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編（biān）碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀套（tào）中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目（mù）前在加工中心（xīn）上大（dà）量（liàng）使用（yòng）記憶式的方式。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，無論刀具放在哪個刀（dāo）套內，刀具信息都始終記（jì）存在（zài）PLC內。刀庫（kù）上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這（zhè）樣刀具就可（kě）以任（rèn）意取出（chū）並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床（chuáng）的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實（shí）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（shí）現刀具交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回（huí）刀庫，然後再從（cóng）刀庫中取出新（xīn）刀具，兩個動（dòng）作不能同時進行，換刀時間較長。而（ér）采用機械手換刀裝置（zhì）在換刀時（shí）能夠同時（shí）抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的（de）刀具，因（yīn）此換刀時間進一步縮短。采用機械手進（jìn）行刀具交換的方式應用最廣（guǎng）泛。這是因為機械手換（huàn）刀靈活，動作快，而且結（jié）構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回（huí）轉—插刀—返回等（děng）一（yī）係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的（de）活動爪都帶有自鎖機構。