數控機床的自動換刀裝（zhuāng）置，你認識（shí）幾種？

數控機床（chuáng）為了能在工件一次裝夾中完成多（duō）道加工工序，縮短輔助時間（jiān），減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝（zhuāng）置。自動換刀裝（zhuāng）置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具（jù）儲存量足夠（gòu）、刀庫占（zhàn）地麵（miàn）積小以及（jí）安全可靠等基（jī）本（běn）要求。

一、自動換刀裝（zhuāng）置的形式

1．回轉刀（dāo）架換刀

回轉刀架是一種最（zuì）簡單的（de）自動換刀裝置，常（cháng）用於數控車床。可以設計（jì）成四（sì）方刀架（jià）、六角刀架或圓盤式（shì）軸（zhóu）向（xiàng）裝刀刀架等（děng）多種形式。回轉刀架上分別安裝著四（sì）把、六把或更多的刀（dāo）具，並按數控裝置的指令（lìng）換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和（hé）剛度（dù），以（yǐ）承（chéng）受粗加（jiā）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（jiān）位置，對於數控車床來說，加工過程中（zhōng）刀具位置（zhì）不進行人工調整，因此更有必要（yào）選擇可靠的定位方案和合理（lǐ）的定位結構，以保證回轉刀架（jià）在每（měi）次轉位之後，具有盡可能高的（de）重複定位精度（一般為（wéi）0.001～0.005mm）。

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

2．更換主軸（zhóu）頭換（huàn）刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀（dāo）是帶有旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭（tóu）實際上就

是一個轉塔刀（dāo）庫。

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

這種更換主軸換（huàn）刀（dāo）裝置，省去了自動鬆、夾（jiá）、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一（yī）係列的複雜操作，從（cóng）而縮短了換刀（dāo）時間，並提高了換刀（dāo）的可靠（kào）性。但是由於空間位置的（de）限製，使主軸部（bù）件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係（xì）統的剛性（xìng）。為了保證主軸的剛性，必須限製（zhì）主（zhǔ）軸的數目，否則會使（shǐ）結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不太高的機床，例如數（shù）控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由（yóu）於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容（róng）納（nà）的刀具數量不（bú）能太多（duō），不能滿足複雜零件（jiàn）的加工需（xū）要，因此，自（zì）動（dòng）換（huàn）刀數控機（jī）床多采用帶刀（dāo）庫的自動（dòng）換刀（dāo）裝置。帶刀庫的自（zì）動換（huàn）刀裝置（zhì）由刀庫和換（huàn）刀機（jī）構組成，換刀過程較為複雜。首先要（yào）把加工過程中使用（yòng）的全部刀具分別（bié）安裝在標準刀柄上，在機外（wài）進行尺寸預調整後（hòu），按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中（zhōng）選刀，再由換刀裝置從刀（dāo）庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新（xīn）刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既（jì）可安裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置的數控機床的（de）主軸箱（xiāng）內（nèi）隻有一根主軸，主（zhǔ）軸部件（jiàn）的剛度要高，以滿足（zú）精密加工要求。

另外，刀庫（kù）內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了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中心和加工中（zhōng）心。

二（èr）、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用是儲（chǔ）備（bèi）一定（dìng）數量的刀具，通（tōng）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（kù）、鏈式（shì）刀庫等多種形式，刀庫的（de）形式和容量要根據機床（chuáng）的工藝（yì）範圍來確定。圖（tú）7-16所示的（de）盤（pán）式刀庫，刀具的方向（xiàng）與（yǔ）主軸同向，換刀時主軸（zhóu）箱上升到一定的位置（zhì），使主軸上的刀具正好對準刀（dāo）庫最下麵的（de）那個位置，刀具被夾（jiá）住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然（rán）後刀庫將下一個工序所用（yòng）的（de）刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具（jù）插（chā）入主軸孔中，主（zhǔ）軸夾緊刀柄，主（zhǔ）軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行下（xià）道工（gōng）序的加工。此換（huàn）刀裝置的（de）優點（diǎn）是結構簡單（dān），成本較低，換刀可靠（kào）性較好；缺點是換刀時間長，適（shì）用於刀庫容量較（jiào）小的加工中心（xīn）。

對於刀庫容量需（xū）要較大的加工中心可采用鏈（liàn）式刀庫（圖7-17），鏈式刀（dāo）庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環（huán）的形（xíng）狀可（kě）根據機（jī）床（chuáng）的布局製成各種形狀，也可將換（huàn）刀位突出以便於換刀。當需要增加（jiā）刀（dāo）具（jù）數量時，隻需增加鏈條的長度即可，給刀庫設計與製造帶（dài）來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放（fàng）有多把刀具，每（měi）次換刀前要進行（háng）選刀，常用的（de）選刀（dāo）方（fāng）法有順序選刀和任意 選刀兩種，順（shùn）序選刀是在（zài）加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工（gōng）不（bú）同的工件（jiàn）時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是刀（dāo）庫的（de）驅動和控製（zhì）都比較簡單。因此，這種方式適合加工（gōng）批量較（jiào）大、工件品種數量較少（shǎo）的（de）中（zhōng）、小型（xíng）數控（kòng）機床的自動換刀（dāo）。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數（shù）控係統都采用任意選刀的（de）方（fāng）式（shì），其分為刀套（tào）編碼、刀具編（biān）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（mǎ）需要在（zài）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。刀具編碼選刀方式采用了一（yī）種特殊的刀（dāo）柄結構，並對每把（bǎ）刀具編碼。每把刀具都具（jù）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（huàn）下的刀具不用放回原（yuán）刀座，刀庫的容量也可相應減（jiǎn）少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長（zhǎng）度（dù）加（jiā）長，製造困難，刀庫和機械手的（de）結構變複雜。刀套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（xū）放（fàng）回同一刀（dāo）套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上（shàng）大量使用記憶式的方式（shì）。這（zhè）種方式（shì）能將刀具號和刀庫（kù）中的刀套位置對應（yīng）地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在（zài）哪個刀套內，刀具信息都（dōu）始終記存在（zài）PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這（zhè）樣刀具就可以任意（yì）取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選（xuǎn）刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床（chuáng）的自動換（huàn）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（zhóu）的相對運動實現刀具（jù）交換的裝置在換刀時必須首先（xiān）將用過的刀（dāo）具送（sòng）回刀（dāo）庫，然後再（zài）從刀庫中取出（chū）新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時（shí）間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換（huàn）的方式應用最（zuì）廣泛。這（zhè）是因為機械手換刀（dāo）靈活，動作快（kuài），而且結構簡單。機（jī）械（xiè）手能夠完成抓刀—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（yǒu）自鎖機構（gòu）。