​數控機床的（de）自（zì）動換刀裝置，你認識幾種？

　　

數控機床為了能（néng）在工件一（yī）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（chà），必須帶（dài）有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重（chóng）複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小（xiǎo）以及安全可靠等基本（běn）要（yào）求。

 

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換（huàn）刀

回（huí）轉刀架是一種最簡單（dān）的自動換刀裝置，常用於數（shù）控車床。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。回轉刀架（jià）上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好（hǎo）的強度和剛度，以（yǐ）承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度在很大程（chéng）度上取決（jué）於（yú）刀尖位（wèi）置，對於數控車床來說，加工過程中刀（dāo）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（hé）理的定位結（jié）構，以保證回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）。

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

2．更換主（zhǔ）軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸（zhóu）換刀是帶有旋轉刀具的數控機床（chuáng）的一種（zhǒng）比較簡單的（de）換刀方式。這種（zhǒng）主軸頭實際（jì）上就

是一個轉塔刀庫（kù）。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換（huàn）主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝（zhuāng）有各工序所需要的旋轉刀具，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（xiàng）應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處於不（bú）加工位置上的主軸（zhóu）都與主運動脫開。

這種更（gèng）換主軸換刀裝置，省去了（le）自動鬆、夾、卸（xiè）刀、裝刀以及刀具搬運（yùn）等一係列的（de）複雜操（cāo）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（cùn）不能太大，因（yīn）而（ér）影響（xiǎng）了主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限（xiàn）製主軸的數目（mù），否則會使結構尺寸增（zēng）大。因此（cǐ），轉塔主軸頭通常隻適用於工（gōng）序較少、精度（dù）要（yào）求不太高的（de）機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動換（huàn）刀係統

由於回（huí）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（dòng）換刀裝置。帶刀庫（kù）的自動換刀裝置（zhì）由刀庫和換刀機構（gòu）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，在機外進行尺寸預調整後（hòu），按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交（jiāo）換，將（jiāng）新刀裝入主軸，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（miàn）或上方。由於帶刀庫的自動（dòng）換刀裝置的數控機床（chuáng）的主軸箱內隻有一（yī）根主軸，主軸部件（jiàn）的剛度要高，以滿足精（jīng）密加工要求。

另外，刀庫（kù）內（nèi）刀具（jù）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（zì）動換刀係統適用於（yú）數控鑽（zuàn）削中心和加工中心。

 

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型

刀庫的（de）作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主（zhǔ）軸上刀具（jù）的互換。刀庫的類型有盤式刀庫、鏈式刀（dāo）庫等多種（zhǒng）形式，刀庫的形式和容量要根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式（shì）刀庫，刀具（jù）的方向與主（zhǔ）軸同向，換刀時主軸（zhóu）箱上升到一定的位置，使主軸上的刀具正好（hǎo）對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下，鬆開刀柄，盤式（shì）刀庫（kù）向（xiàng）前運動，拔出主軸上的刀具，然後（hòu）刀庫（kù）將下一個工序所用的刀（dāo）具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀（dāo）柄，主軸箱下降到工作（zuò）位置（zhì），完成換刀任務，進行下道工序（xù）的（de）加工。此換刀裝置（zhì）的優點（diǎn）是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於（yú）刀庫容量較（jiào）小的加（jiā）工中心。

對於刀庫容量需（xū）要（yào）較大的加工中心可采用（yòng）鏈式刀庫（kù）（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（chuáng）的布局製成各（gè）種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加（jiā）刀具數（shù）量時，隻需增加鏈條的長度即（jí）可，給刀庫設計與製造帶來了方便。

2. 刀具（jù）的選擇（zé）方式

一般的刀庫內存放有多把（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，順序選刀是在加工之前，將加工零件（jiàn）所需刀具按照（zhào）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（xīn）調整刀庫中（zhōng）的刀具順（shùn）序。其優點是刀庫的驅動和控（kòng）製（zhì）都比較簡單（dān）。因此，這種方式適合加工批量較大（dà）、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（kòng）係統的發展，目前大多數的數控係統都采用任意（yì）選（xuǎn）刀的方式（shì），其（qí）分為（wéi）刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三（sān）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（dāo）具編碼選刀方式采用了一種（zhǒng）特殊的刀（dāo）柄結構（gòu），並對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀（dāo）具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀（dāo）具不（bú）用放回原（yuán）刀（dāo）座，刀庫的容量也可相應減少。但每把（bǎ）刀具上都帶（dài）有（yǒu）專用（yòng）的編碼環，刀具長度加長，製造困難，刀庫和（hé）機（jī）械手的（de）結構變複雜。刀套編碼的方式是一（yī）把刀具隻對（duì）應一（yī）個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一（yī）刀（dāo）套中，取送刀具十分（fèn）麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式（shì）。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的（de）PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具（jù）信息都始終（zhōng）記存在PLC內。刀庫上裝（zhuāng）有位置（zhì）檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就（jiù）可以任意取（qǔ）出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每（měi）次選刀時就近（jìn）選取。

 

三、刀具交換裝置

數（shù）控機床的（de）自動換刀裝置中，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（zhuāng）置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相（xiàng）對運動實現刀具交換以及采（cǎi）用機械手交換刀（dāo）具。利用刀庫與機床主軸的相對（duì）運動實現刀具交換的裝置在（zài）換刀時必須（xū）首先（xiān）將用過（guò）的（de）刀具（jù）送回刀庫，然後（hòu）再（zài）從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀（dāo）時間較（jiào）長。而采用機械手換刀裝置在（zài）換刀時能（néng）夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的（de）刀具，因此換刀時間進一步縮短。采用機械手進行刀具交換的（de）方式應用最廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手（shǒu）能（néng）夠完成抓刀—拔刀—回（huí）轉—插（chā）刀—返回等一係列動作。為了（le）防止刀具掉落，機械手的活動爪都帶有自鎖機（jī）構。