數控機床的（de）自動換刀（dāo）裝置，你（nǐ）認識（shí）幾種？

數控（kòng）機床為了能在工件（jiàn）一次裝夾中完成多道加工工序，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（dāo）裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重複定位精度高、刀具儲（chǔ）存（cún）量足夠（gòu）、刀庫占（zhàn）地麵積小以及安全可靠等（děng）基本要求（qiú）。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用於數控（kòng）車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式（shì）。回轉刀架上分別安裝著四把（bǎ）、六把或更多的刀（dāo）具，並按數（shù）控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強度（dù）和剛度，以承（chéng）受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對（duì）於數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調（diào）整，因此更（gèng）有必要選擇可靠的定位（wèi）方案和合理的定位結構，以保證回（huí）轉刀架在每次轉位之後，具有盡可能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情（qíng）況下，回轉刀架的換刀（dāo）動作包括刀架抬起、刀架轉位（wèi）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（xuán）轉刀具的數控機床的一種比較簡（jiǎn）單的換刀方式。這種主軸頭實際（jì）上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來（lái）更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔（tǎ）的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀（dāo）具，當發出換刀指令時，各（gè）主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主（zhǔ）軸帶動刀具旋轉。而其它處於不加工位（wèi）置上的主軸都與主運（yùn）動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去（qù）了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具（jù）搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主（zhǔ）軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製主軸的數（shù）目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於（yú）工序較少、精度要（yào）求不（bú）太高的機（jī）床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自（zì）動換刀係統（tǒng）

由於回（huí）轉刀架、轉塔（tǎ）頭式換刀裝（zhuāng）置容納的刀具數量不能太（tài）多，不能滿（mǎn）足複雜零（líng）件的加工需（xū）要，因此，自動換（huàn）刀數控機床多采用帶刀庫（kù）的自動換刀裝置。帶刀庫的自（zì）動換刀裝置由（yóu）刀庫和換刀機構組成，換（huàn）刀（dāo）過（guò）程較（jiào）為複雜（zá）。首先要把（bǎ）加工過程中使（shǐ）用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入（rù）刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置（zhì）從刀（dāo）庫或主軸上取出刀具，進行交（jiāo）換，將新刀裝（zhuāng）入（rù）主軸，舊刀放回刀庫。刀（dāo）庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側麵或（huò）上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內隻有一（yī）根主軸，主軸部件的剛度（dù）要高，以滿足精密加工要求。

另（lìng）外，刀庫內刀具數量較（jiào）大，因（yīn）而能夠進（jìn）行複雜（zá）零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和（hé）加（jiā）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心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類（lèi）型

刀庫的作用是儲備一定（dìng）數量的刀具，通過機械（xiè）手實現與主軸上刀（dāo）具的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工（gōng）藝範圍來確定。圖（tú）7-16所示的盤式刀庫，刀具（jù）的方向（xiàng）與主軸同向，換刀時主軸箱上升到（dào）一定的位置（zhì），使主（zhǔ）軸上的刀具（jù）正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的（de）控（kòng）製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後（hòu）刀庫將下一個工序所用的刀具旋轉至與主（zhǔ）軸對準的位置，刀庫後退將（jiāng）新刀具插入（rù）主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降（jiàng）到工作位置，完（wán）成換（huàn）刀任務，進（jìn）行下道工序的加（jiā）工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較（jiào）好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量（liàng）較小的加工中（zhōng）心。

對於刀庫（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（kù）的結構緊（jǐn）湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床（chuáng）的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換（huàn）刀。當需（xū）要（yào）增加（jiā）刀具數（shù）量時（shí），隻需增加鏈條的長（zhǎng）度即可，給刀庫設計與製造帶（dài）來了（le）方便。

2. 刀具的選擇方式

一（yī）般的（de）刀（dāo）庫內存放有多把（bǎ）刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選（xuǎn）刀是在加工之前，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，加工不同的工（gōng）件時必須（xū）重新（xīn）調（diào）整（zhěng）刀庫中的刀具順（shùn）序。其優點是（shì）刀庫的驅動和（hé）控製都比較簡單。因此，這種方式（shì）適合加（jiā）工批量較大、工件品種數量較少（shǎo）的中、小型數控機床的（de）自動換刀。

隨著數控係（xì）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（wéi）刀套編（biān）碼、刀具編（biān）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套上（shàng）安裝用於（yú）識（shí）別的編碼條，一般都是根據二進製編（biān）碼的（de）原理進行編碼。刀具編碼選刀方（fāng）式采用了一（yī）種特殊（shū）的刀柄結構，並對（duì）每把刀（dāo）具（jù）編（biān）碼（mǎ）。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具（jù）不用放回原刀座，刀（dāo）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（zào）困難，刀庫和機（jī）械手的結構變（biàn）複雜。刀套編（biān）碼（mǎ）的方式是一把刀具隻對（duì）應一個刀套（tào），從（cóng）一個刀套中（zhōng）取出的刀具必（bì）須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前（qián）在加工中心上大量使（shǐ）用記憶式的方式。這種方式能將（jiāng）刀具號和刀庫中的刀套位置對應（yīng）地（dì）記憶在數控係統的PLC中，無論刀（dāo）具放在（zài）哪（nǎ）個刀套內，刀具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得（dé）每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取（qǔ）出並送回（huí）。刀庫上還設有機械（xiè）原點，使每次選刀時就近選取。

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（jiān）傳遞（dì）和裝卸刀具（jù）的裝置稱為刀具交換裝置。刀具（jù）的交換方式（shì）有兩種：由刀（dāo）庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換以（yǐ）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現刀具交換的裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫中取出新刀具，兩個動（dòng）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（shí）抓（zhuā）取（qǔ）和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因（yīn）此換刀時間進一步縮短。采用機械（xiè）手進行刀具交換的方（fāng）式應用最廣泛（fàn）。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係（xì）列（liè）動作。為了防（fáng）止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。