控機床的自（zì）動（dòng）換刀裝置，你認識幾種（zhǒng）？

數控機床為了能在工件（jiàn）一次裝夾中完成多（duō）道加工工序，縮短輔（fǔ）助時間，減少多次安裝工件（jiàn）所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動（dòng）換刀裝置（zhì）應（yīng）當滿足換刀時間（jiān）短、刀具重複定位精度高、刀具儲存（cún）量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一（yī）、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架換刀

回轉刀（dāo）架是一（yī）種最簡單的自動換刀裝置，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（huí）轉刀架上分別安（ān）裝著四把、六把（bǎ）或更多的刀具（jù），並按數控（kòng）裝置的指令換刀。

回（huí）轉刀架在結構上（shàng）必須具有良好（hǎo）的強度和剛度（dù），以承受粗加工時（shí）的切（qiē）削抗力。由於車削加工精度在很大（dà）程度上取決於刀尖（jiān）位置，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（yào）選擇可靠的定位方案和（hé）合理的定位結構，以保證回（huí）轉刀架在（zài）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（tái）起（qǐ）、刀架轉位及刀（dāo）架壓緊等。

2．更換主軸頭（tóu）換刀（刀具旋轉為主運動（dòng））

更換主軸換刀是帶有旋轉刀（dāo）具的數（shù）控機床的一種比較簡單（dān）的換刀方式。這種主軸頭實（shí）際上就

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有（yǒu）臥式和立式兩種，通常用轉（zhuǎn）塔（tǎ）的轉（zhuǎn）位（wèi）來（lái）更換主軸頭，以實現自（zì）動換刀。在轉塔的各個主軸（zhóu）上，預先安裝有各工序（xù）所需要的旋轉刀具，當發出換刀指（zhǐ）令時，各主軸頭依（yī）次地（dì）轉到加工位置，並（bìng）接通主運動，使相應的主軸帶動刀具（jù）旋轉。而其它處於不加工位置上的主軸都（dōu）與主運動脫開。

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆（sōng）、夾、卸刀、裝刀以及刀具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（dāo）的可靠性。但是由（yóu）於空間（jiān）位置（zhì）的限製，使主軸部（bù）件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸係統的剛性。為了保證主軸（zhóu）的剛性，必須限製（zhì）主軸的數目，否（fǒu）則會（huì）使結構尺寸增大。因此（cǐ），轉塔（tǎ）主軸頭通常隻適用於工序（xù）較少、精度要求不太高的機床，例如數（shù）控鑽、銑床等。

3.帶刀庫的自動（dòng）換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式（shì）換（huàn）刀裝置容納的刀具數量不（bú）能（néng）太多，不能滿（mǎn）足複雜零件的加（jiā）工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的（de）自動換刀裝置（zhì）。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換（huàn）刀機構組成，換刀過程（chéng）較為複（fù）雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準（zhǔn）刀（dāo）柄上，在（zài）機外進行尺寸預調整後，按（àn）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（cóng）刀庫或主軸上取（qǔ）出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可（kě）安裝在主軸箱（xiāng）的側（cè）麵或上方。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根主軸，主軸部件的（de）剛度要高，以（yǐ）滿足精密（mì）加（jiā）工要求（qiú）。

另外，刀庫內刀（dāo）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（xiào）率（lǜ）。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削（xuē）中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方（fāng）式

1.刀庫（kù）類型

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的類（lèi）型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種（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所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向（xiàng），換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主（zhǔ）軸上的刀具正好對準刀庫最下（xià）麵的那個位置，刀具被夾（jiá）住，主軸（zhóu）在CNC的控製下（xià），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（xù）所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後（hòu）退將新刀具插（chā）入主軸孔中，主軸（zhóu）夾緊刀柄，主軸箱下降到工作位置，完成（chéng）換（huàn）刀任務，進行下道工序的加工（gōng）。此換刀裝置的優（yōu）點是結（jié）構簡單，成本（běn）較低，換刀可（kě）靠性較好；缺點是換（huàn）刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中心。

對於刀庫容量需要較大的加（jiā）工中心可采（cǎi）用鏈式刀庫（圖7-17），鏈（liàn）式刀庫的結（jié）構（gòu）緊湊，刀庫容量較（jiào）大，鏈（liàn）環的形狀可根據機床的布（bù）局製成各種形狀，也可將換刀位（wèi）突出以便於換刀。當需要增加刀具（jù）數（shù）量時，隻需增加鏈條的長度即可，給（gěi）刀庫設（shè）計與製造帶來了方便。

2. 刀具（jù）的（de）選擇方式

一般的刀庫內存放有多把刀具，每次換刀（dāo）前要進行選刀，常用的（de）選刀方法有（yǒu）順序選刀和任意 選刀兩種，順序選（xuǎn）刀是在（zài）加工之前，將加工零件所需刀具（jù）按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，加工是按順（shùn）序調刀，加（jiā）工不同的工件時必須重新調整刀庫中的（de）刀具順序。其優點是刀（dāo）庫的驅（qū）動和控製都（dōu）比較簡單。因此，這種方（fāng）式適合加工批量較大、工件（jiàn）品種數量較少的中、小型數控機床的自動換刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係統都采（cǎi）用任意（yì）選刀的方式，其分為刀套編碼、刀（dāo）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（xū）要在刀具或刀套上安裝用（yòng）於識別的編碼條，一般都是根據（jù）二進製編碼的原理（lǐ）進行編碼。刀具編碼選刀方（fāng）式采（cǎi）用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼（mǎ）。每把刀具都具（jù）有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多（duō）次重複使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應減（jiǎn）少。但每把刀具上都帶（dài）有專用的編碼環，刀具（jù）長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜（zá）。刀套編碼的方式是一把（bǎ）刀具隻對應一個刀套，從一個（gè）刀套中取出的刀具必須放（fàng）回同一刀套中（zhōng），取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中心上大量（liàng）使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶（yì）在（zài）數控（kòng）係統的PLC中，無論刀具放在哪（nǎ）個刀套內，刀具信息都始終（zhōng）記存在PLC內。刀庫上（shàng）裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的（de）位置信（xìn）息。這樣刀具就可以（yǐ）任意取出並送（sòng）回。刀庫上（shàng）還設有機械原點，使每次選刀時就近選（xuǎn）取。

三（sān）、刀具交換裝置

數控機床的自動換刀裝置中，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裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對（duì）運動實現刀具交換以及采用機械手交換刀具。利用刀（dāo）庫與機床主軸（zhóu）的相對運動（dòng）實現刀具交換的裝置在（zài）換刀時必須首先將用過的刀（dāo）具送回刀庫，然（rán）後再（zài）從刀庫中取出（chū）新刀具，兩個動作不能同時進行，換（huàn）刀時間較長。而采用機械（xiè）手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取和裝卸（xiè）機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進（jìn）一步縮短（duǎn）。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（dāo）靈活，動作（zuò）快，而且結構簡單。機械手（shǒu）能（néng）夠完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返（fǎn）回等一係列動作。為了防止刀具掉落（luò），機械手的活動爪都帶有自鎖機構。