​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

　　

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（zhù）時間，減少多次安裝（zhuāng）工件所（suǒ）引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應（yīng）當滿足換刀時（shí）間短、刀具（jù）重複定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全（quán）可靠等基本要求。

 

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（yòng）於（yú）數控（kòng）車床。可以設計成（chéng）四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多（duō）的刀具，並按數控裝置的（de）指令換刀。

回轉刀架在結構上必須具有良好的強（qiáng）度和剛度，以承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（dāo）尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選（xuǎn）擇（zé）可靠的定位方案和合理（lǐ）的定位結構，以保證回轉（zhuǎn）刀（dāo）架在每次轉位之後，具有盡可能高的重（chóng）複定位精度（一般為0.001～0.005mm）。

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

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轉刀具的數控（kòng）機床的一種比較簡單的換刀方式。這種（zhǒng）主軸頭實際上就

是一個轉塔刀庫。

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

這種更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀、裝刀以及刀具（jù）搬運等一係列的複雜操作（zuò），從（cóng）而縮短了換刀時間，並提高了換刀的可靠性。但（dàn）是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大，因（yīn）而影響了主軸（zhóu）係統的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限製（zhì）主軸的數目，否（fǒu）則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻（zhī）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.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝（zhuāng）置容納的（de）刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工（gōng）需要，因此，自動換（huàn）刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置由刀庫和（hé）換刀（dāo）機構組成，換（huàn）刀過程較（jiào）為複雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安（ān）裝（zhuāng）在標準（zhǔn）刀柄上，在機外進行尺（chǐ）寸預（yù）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（dāo）裝置從刀庫或主軸上取（qǔ）出刀具，進行交換，將新刀（dāo）裝（zhuāng）入主（zhǔ）軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的（de）容量，既可安裝在（zài）主軸箱的側麵或上（shàng）方。由於帶刀庫的自動換刀裝（zhuāng）置的數（shù）控機（jī）床的主軸箱內隻有一根主軸，主軸部件的剛度要高（gāo），以滿足精密（mì）加（jiā）工要求。

另（lìng）外，刀庫內刀（dāo）具數量較大，因而能夠進行複雜零件的多工（gōng）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）數控鑽削（xuē）中心和加工中心。

 

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫（kù）類型

刀庫（kù）的作用是儲（chǔ）備一定數量（liàng）的刀具，通過機（jī）械手實現與主軸上刀具的（de）互換。刀庫的類型有盤（pán）式刀（dāo）庫、鏈式（shì）刀庫等多種形式，刀庫的形（xíng）式和容量要根據機床的工（gōng）藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與（yǔ）主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使（shǐ）主軸上的刀具正好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（pán）式刀庫向前運動，拔出主軸上的刀具，然後刀庫將下一個工序（xù）所用的刀具（jù）旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將（jiāng）新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降（jiàng）到工作位置，完成換刀任務，進行下道工序的加工。此換（huàn）刀裝置的優點是結（jié）構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺（quē）點（diǎn）是換刀時間長，適用於（yú）刀庫容量較小的加工中心。

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），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較（jiào）大，鏈環的形狀可根據機床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時，隻需增加鏈條的長度即（jí）可，給刀庫設計與製（zhì）造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方（fāng）式

一般的（de）刀庫內存放有多把刀具，每次換刀前（qián）要進行選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀（dāo）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（rù）刀庫的（de）刀套中，加工是按（àn）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。其優點是刀庫的驅動和控製（zhì）都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大、工件品種（zhǒng）數量較少的中、小型數控機床的（de）自動換刀。

隨著數控係統的發（fā）展（zhǎn），目前大多數的數控係統都采用任意選刀的（de）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需要在刀具或（huò）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（biān）碼的原理（lǐ）進行編碼。刀具（jù）編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，並對每把刀（dāo）具編碼。每把刀具都具有自己的（de）代（dài）碼，因而刀具可在不同的工序中（zhōng）多次重複（fù）使用，換（huàn）下的刀具不用放回原刀座，刀庫（kù）的容量也可相應減（jiǎn）少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環，刀具長度加長，製造（zào）困難，刀庫和（hé）機械手（shǒu）的結構變複雜。刀套（tào）編碼的方式是（shì）一把刀具隻對應一個刀套，從一（yī）個刀套中取出的刀具必（bì）須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目前在加工中（zhōng）心上大（dà）量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應地記憶在數控係統的（de）PLC中，無（wú）論刀具放（fàng）在哪個（gè）刀套內，刀（dāo）具信息都始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢（jiǎn）測（cè）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（bìng）送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就（jiù）近選取。

 

三、刀具交換裝置

數（shù）控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫（kù）與機（jī）床主軸之（zhī）間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換（huàn）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（jiāo）換以及采（cǎi）用機（jī）械手交換刀具。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具（jù）交換的裝置在換（huàn）刀時必須首先將（jiāng）用過的刀具送（sòng）回刀庫，然（rán）後再從刀庫中取出（chū）新刀具，兩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換刀時能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀（dāo）庫中的刀具，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（yīng）用最廣泛。這是（shì）因為機械手換刀靈活，動（dòng）作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀（dāo）—拔刀—回轉—插刀—返（fǎn）回等一（yī）係（xì）列動作。為了防（fáng）止刀具掉落，機械手（shǒu）的活動爪（zhǎo）都帶有自鎖機構。