數控（kòng）機床（chuáng）的自動（dòng）換刀裝置，你（nǐ）認識幾（jǐ）種？

數控機床為了能在工件一次裝夾中（zhōng）完成多道加工工序，縮（suō）短輔助時間，減少多次安裝（zhuāng）工件所引起的誤差，必須帶（dài）有自動換（huàn）刀裝置。自動換刀（dāo）裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位（wèi）精度高、刀（dāo）具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安（ān）全可靠等基本（běn）要求（qiú）。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是（shì）一種最簡（jiǎn）單的自動換刀裝置，常（cháng）用（yòng）於數控車床。可以設計（jì）成四方刀架、六角刀架或（huò）圓盤式軸向裝刀刀架等（děng）多種形式。回轉刀架上分（fèn）別安裝著四把、六把（bǎ）或更多的刀具，並按數（shù）控裝置的指令換刀。

回轉刀架（jià）在結構（gòu）上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切（qiē）削抗力。由（yóu）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（chē）床來說（shuō），加（jiā）工過程中刀具位置不進行人工調（diào）整，因此更有必要選擇可靠的定位方（fāng）案（àn）和合理的定位結構，以（yǐ）保證回轉刀架在每次轉位（wèi）之後，具有盡可能高的重複定（dìng）位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況（kuàng）下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架（jià）轉位及刀（dāo）架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運（yùn）動）

更換主軸換刀是帶有（yǒu）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

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥（wò）式和立式兩種（zhǒng），通常用轉塔的轉位來（lái）更換（huàn）主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的（de）各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當（dāng）發出換刀指令時，各主（zhǔ）軸頭依次地轉到加工位置（zhì），並接通主運動，使相（xiàng）應（yīng）的主軸帶動刀具旋轉。而其它（tā）處於不加工（gōng）位置上的主（zhǔ）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（yǐ）及刀（dāo）具搬運等一係列的（de）複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了（le）換刀的可靠性。但是由（yóu）於空間位置（zhì）的限製，使主軸部件結（jié）構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為了保（bǎo）證主軸的剛性，必須限製主軸的數目，否則會使（shǐ）結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適（shì）用於工序較少、精度要求不（bú）太（tài）高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能（néng）太多，不能滿足複（fù）雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置。帶刀庫的自動換刀（dāo）裝置由刀庫和換（huàn）刀機構組成，換（huàn）刀過程較為複雜。首（shǒu）先要把加工過（guò）程中使用的全部刀（dāo）具分別安裝（zhuāng）在標準刀柄上，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，再由換刀裝置（zhì）從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主（zhǔ）軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或上（shàng）方。由於帶刀（dāo）庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一根主軸（zhóu），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（ér）能夠進行複雜零件的多工序加工，大大提高了機床的（de）適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用（yòng）於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選（xuǎn）擇方（fāng）式

1.刀庫類型

刀庫的（de）作用是儲備一定數量（liàng）的刀具，通（tōng）過機械手實（shí）現與主軸上刀具的互換。刀庫的類型有盤式刀（dāo）庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的（de）形式和容量（liàng）要根據（jù）機床的工藝範圍來確定。圖7-16所（suǒ）示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換（huàn）刀時（shí）主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的刀（dāo）具正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸（zhóu）在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式（shì）刀庫向前運動，拔出主軸（zhóu）上（shàng）的刀具（jù），然後刀庫將（jiāng）下一個工序所用的刀具旋轉至與主軸對（duì）準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾（jiá）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（xù）的加工。此換刀裝置的優點是結構（gòu）簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小（xiǎo）的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈（liàn）式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀（zhuàng）可（kě）根據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突（tū）出以便於換刀（dāo）。當需要增加刀具數（shù）量時，隻需增加鏈條的（de）長度即可（kě），給刀庫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（cún）放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常（cháng）用的選刀方（fāng）法有（yǒu）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（líng）件所需刀具按照工藝（yì）要求依次插入刀庫的刀套中，加（jiā）工是按（àn）順序調（diào）刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優點是（shì）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，目前大多數的數（shù）控（kòng）係統都采用任意選刀的方式，其分（fèn）為刀（dāo）套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀（dāo）套上安（ān）裝用於識別的編碼條，一般都是根據二進製編碼的（de）原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的（de）刀（dāo）柄結構，並（bìng）對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中（zhōng）多次重複（fù）使用，換下的（de）刀具不用（yòng）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（huán），刀具長度加長，製造困難（nán），刀庫和機械手的結構變（biàn）複雜。刀套編碼的方式是一把刀（dāo）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中，取送刀具十分麻煩，換刀時（shí）間（jiān）長。目前在加工中心上大（dà）量使用記憶式的（de）方式。這（zhè）種方式能將刀（dāo）具號和刀庫（kù）中的刀套（tào）位置對應地記憶在數控係統的PLC中，無論刀具放在哪（nǎ）個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內（nèi）。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的（de）位置信息。這樣（yàng）刀具就可以任意取（qǔ）出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次（cì）選刀時（shí）就近選取（qǔ）。

三、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與（yǔ）機床主軸之間傳遞和裝（zhuāng）卸刀（dāo）具的裝置稱為（wéi）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（huàn）刀（dāo）具。利用刀庫與機床主（zhǔ）軸的相對運動實現刀具（jù）交換（huàn）的裝置在（zài）換刀時（shí）必須首先（xiān）將用過的刀（dāo）具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩（liǎng）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（zài）換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具（jù），因此換刀時間（jiān）進一步縮（suō）短。采用機械手進行刀具（jù）交換的方式應用最（zuì）廣泛。這是因為機械手換刀靈（líng）活，動作快，而且（qiě）結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。