控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控（kòng）機床為了能在工件一次（cì）裝夾中完成多道加（jiā）工工序，縮（suō）短輔（fǔ）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。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短（duǎn）、刀具重複（fù）定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可（kě）靠等基本要求（qiú）。

一、自動換（huàn）刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀（dāo）

回轉刀架是一種（zhǒng）最簡單的自動換刀裝置，常用於數控車（chē）床。可以設計成（chéng）四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀（dāo）架等多種形式。回轉刀架上分別安裝（zhuāng）著四把、六把或更多的刀具，並按數（shù）控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必（bì）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（gōng）精度在（zài）很大程度上取決於刀尖位置，對（duì）於數（shù）控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構（gòu），以保（bǎo）證回轉刀架在每次（cì）轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（一般為（wéi）0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊（jǐn）等。

2．更換（huàn）主軸頭（tóu）換刀（刀具旋轉（zhuǎn）為主運動（dòng））

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

是（shì）一（yī）個（gè）轉（zhuǎn）塔刀庫。

主（zhǔ）軸頭有臥式（shì）和立式兩種，通（tōng）常用轉塔的轉位來更（gèng）換主軸（zhóu）頭，以實現自動換刀（dāo）。在轉（zhuǎn）塔的各（gè）個主軸上，預先安裝有各工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（zhuǎn）到加工位置，並接通主運（yùn）動，使相應（yīng）的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不（bú）加工位置上的主軸都與主運動脫開。

這種更（gèng）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（yùn）等一係列的複雜操作，從（cóng）而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於（yú）空（kōng）間位（wèi）置的限製，使主軸（zhóu）部件結構尺寸（cùn）不能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少（shǎo）、精（jīng）度要求不太高的機床，例如數控鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於（yú）回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能（néng）太多（duō），不能滿足複雜零件的加工需要，因此（cǐ），自動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庫和換刀機構組成，換刀過程較為複（fù）雜。首先要把加（jiā）工過程中使用的（de）全部刀具分別安裝在標（biāo）準刀柄上，在機外進行尺寸（cùn）預調整後（hòu），按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀（dāo）庫（kù）中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主（zhǔ）軸上取出（chū）刀具，進（jìn）行交換（huàn），將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大（dà）的容量，既可安裝在（zài）主軸箱的側麵（miàn）或上方。由於（yú）帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置（zhì）的數控機床的主軸箱（xiāng）內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足（zú）精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而（ér）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（shù）控鑽（zuàn）削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具（jù）的選擇方式

1.刀庫類（lèi）型

刀庫（kù）的作用（yòng）是儲（chǔ）備一定數量（liàng）的刀具，通過機械手實現與主（zhǔ）軸上刀具的互換。刀庫的（de）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（liàng）要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向（xiàng）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（jù）正好對準（zhǔn）刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆（sōng）開刀柄，盤（pán）式刀（dāo）庫向前運動（dòng），拔出主軸（zhóu）上的刀具，然後刀庫將（jiāng）下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸（zhóu）對準的位置，刀庫（kù）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（wán）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簡單，成本較低，換刀可靠（kào）性較（jiào）好；缺點是換刀（dāo）時間長，適用於刀庫容量較小的加工（gōng）中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中（zhōng）心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床的布局（jú）製成各種形狀，也可將換刀（dāo）位突出以便於換（huàn）刀。當需要（yào）增加刀具數量時（shí），隻需增加鏈條的長度即（jí）可，給（gěi）刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選（xuǎn）擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選（xuǎn）刀，常用的選刀（dāo）方法有順序選刀和任（rèn）意 選刀兩種，順序選刀（dāo）是在加（jiā）工之前，將加工零件所（suǒ）需刀具按照（zhào）工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是（shì）按（àn）順（shùn）序調（diào）刀，加工不同的工件時必須重新調整刀（dāo）庫中的刀具順序。其優（yōu）點（diǎn）是刀庫的驅動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工（gōng）批量（liàng）較大、工件品種數量較少的中、小（xiǎo）型數控機床的自動（dòng）換刀。

隨著數控係（xì）統（tǒng）的發（fā）展，目前大多數的（de）數控係統都采用任（rèn）意選刀的方式（shì），其分為刀套編碼、刀具編碼（mǎ）和記憶式等三種。

3. 刀（dāo）具編碼方式

刀具（jù）編碼或刀套編碼需要在刀具（jù）或刀套上安（ān）裝用於識別的編（biān）碼條，一般都是根據（jù）二進製編碼（mǎ）的原理進行編碼。刀具編碼（mǎ）選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對（duì）每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同（tóng）的工序中多次重複使用，換下的刀具不用放回原刀（dāo）座，刀庫的容量也可相應減少。但每把刀具上都帶有專用的編（biān）碼環，刀具長度加長，製造困（kùn）難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀（dāo）套編碼的方式是一把刀具隻對應一個刀套，從一個（gè）刀（dāo）套中（zhōng）取出的刀（dāo）具必（bì）須放（fàng）回同一刀套中，取送刀具十分（fèn）麻煩，換（huàn）刀時間（jiān）長。目前在加（jiā）工中心上大量使（shǐ）用記憶式的方式。這種方式能（néng）將刀具號和刀庫（kù）中的（de）刀（dāo）套位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀（dāo）具放在哪個刀（dāo）套內，刀具信息都始終記存（cún）在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置（zhì），可獲得每（měi）個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有（yǒu）機械原點，使（shǐ）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（huàn）刀裝置中，實現刀庫與機床（chuáng）主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換（huàn）裝（zhuāng）置。刀具的交換方（fāng）式有兩種（zhǒng）：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以及采用機（jī）械（xiè）手交換刀具。利用刀（dāo）庫與機床主軸的相對運動實現刀具（jù）交換（huàn）的裝置（zhì）在換刀時必須首先將用過的刀具送（sòng）回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個（gè）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，因此換刀時間進（jìn）一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣泛（fàn）。這是因（yīn）為機械手換刀靈活（huó），動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回（huí）等（děng）一係（xì）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。