​數控機床的自（zì）動換刀裝置，你（nǐ）認識幾種？

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數控機床為了能在工件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（gōng）件所（suǒ）引起的誤差，必須帶有自（zì）動換刀裝置。自動換刀裝置應當（dāng）滿足換刀時間短、刀具重複定位（wèi）精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基（jī）本要求。

一、自動換刀（dāo）裝置的形（xíng）式

1．回轉刀（dāo）架換刀

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

回轉刀架在（zài）結構上必須具有良好的強度和剛（gāng）度，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度（dù）在很大程度上取決於（yú）刀尖位置，對於數控車床來說（shuō），加工過程（chéng）中刀具位置（zhì）不進行人工調整，因此更有必要選擇（zé）可靠的（de）定位方案（àn）和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之後，具有盡（jìn）可（kě）能高的重複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主（zhǔ）軸頭換（huàn）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。這種主軸頭實際上就

是（shì）一個轉塔刀庫。

主軸（zhóu）頭（tóu）有臥式（shì）和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的（de）各（gè）個主（zhǔ）軸上，預先安裝有各工序所需要的旋（xuán）轉刀具，當發出換刀指令時（shí），各主軸頭依（yī）次地轉到加工位置，並接通主運動，使（shǐ）相應的（de）主軸帶動刀具旋轉。而其它處（chù）於（yú）不加工位置（zhì）上的主軸（zhóu）都與主運動脫開。

這種更換主軸（zhóu）換刀裝（zhuāng）置，省去了自動（dòng）鬆、夾、卸刀、裝刀以及（jí）刀具搬（bān）運等一係（xì）列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高了換（huàn）刀的可靠性。但是由於空間（jiān）位置的限製，使主軸部件（jiàn）結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統（tǒng）的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限（xiàn）製主軸的（de）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、精度要求不太高的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動（dòng）換（huàn）刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭（tóu）式（shì）換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿（mǎn）足複（fù）雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床（chuáng）多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶（dài）刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。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，在機外進行尺寸預（yù）調整後，按一定的方（fāng）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（shàng）取出刀具，進行交換（huàn），將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具（jù）有較大的容量（liàng），既可安裝（zhuāng）在主軸箱（xiāng）的側麵或上方。由於帶（dài）刀庫（kù）的自動換刀裝置的數控（kòng）機床的主軸箱內隻有一根（gēn）主軸（zhóu），主軸部（bù）件的（de）剛度要高（gāo），以滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較（jiào）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（lǜ）。帶（dài）刀庫的自動換刀係統適用（yòng）於數控鑽削中心和加工中心（xīn）。

二、刀（dāo）庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的作用（yòng）是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的（de）互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀（dāo）庫等多種形式（shì），刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定（dìng）。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時（shí）主（zhǔ）軸箱上升到一定的位置，使主軸上的刀具正（zhèng）好對準（zhǔn）刀庫最（zuì）下麵的那個位置（zhì），刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式刀庫向前運動，拔出主（zhǔ）軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序所用（yòng）的刀具旋轉至與主軸（zhóu）對（duì）準的位置（zhì），刀庫後退將新刀（dāo）具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降到工作（zuò）位置，完成換刀任務（wù），進行下（xià）道工序的加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換（huàn）刀時間長，適用於刀（dāo）庫容量較小的（de）加工中（zhōng）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），鏈式刀庫的結（jié）構緊（jǐn）湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀（zhuàng）可根據機床的布局製（zhì）成各種形狀，也可將換刀位突（tū）出以便於換刀。當需要（yào）增加刀具數量時（shí），隻需增加鏈條的長度即可（kě），給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前要進行選刀，常用的選（xuǎn）刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在（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，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序。其優（yōu）點是（shì）刀庫的驅動（dòng）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（pǐn）種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係（xì）統的發展，目前大多數的數（shù）控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、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（mǎ）需要在刀具或刀套（tào）上安裝用於識別（bié）的編碼條，一（yī）般都是根據二（èr）進製編碼的原理（lǐ）進行編碼。刀具編碼選刀方式（shì）采用了一種特（tè）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，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下（xià）的刀具（jù）不用放（fàng）回原刀座（zuò），刀庫的容量也可（kě）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（zhǎng），製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編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中，取送刀具十（shí）分麻煩，換刀（dāo）時間長。目前在加工中心（xīn）上大量使用（yòng）記憶式的方（fāng）式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置（zhì）對應地記憶在數（shù）控係統的PLC中，無論刀具放在哪（nǎ）個刀套內，刀具（jù）信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有（yǒu）位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息（xī）。這樣刀具就可以任意取出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時（shí）就近選取。

三、刀具交換裝（zhuāng）置

數（shù）控機床的自動（dòng）換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之（zhī）間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置（zhì）。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（jù）交換以及（jí）采用機械手（shǒu）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（de）裝（zhuāng）置在換刀時必須首先將用（yòng）過的刀（dāo）具（jù）送回（huí）刀庫，然（rán）後再從（cóng）刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時間較長。而采（cǎi）用機械手換刀裝（zhuāng）置在（zài）換刀時能夠同（tóng）時（shí）抓（zhuā）取和裝（zhuāng）卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械（xiè）手進行刀具（jù）交換的方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀（dāo）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—返回等一係列動作。為了防止刀（dāo）具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖（suǒ）機構。