数控机床换刀

数控机床自动换刀概述

带刀库的换刀装置由刀库、选刀机构、刀具自动装卸机械及刀具交换机

构(机械手)等四部分组成，应用广泛。刀库机械手自动换刀系统，整个换刀过程比较复杂。首先要把加工过程中使用的全部刀具安装在标准刀柄上，在机外进行尺寸预调后，按一定的方式放入刀库。换刀时，先在刀库中选刀，再由换刀装置从刀库或主轴上取刀，进行交换，将新刀装入主轴，旧刀放回刀库。由于前两种换刀装置容纳的刀具数量有限不能太多，不能满足复杂零件的加工需要，所以自动换刀数控机床多采用带刀库的自动换刀装置。刀库具有较大容量，既可安装在主轴箱的侧面或上方。由于带刀库的自动换刀刀装置的数控机床的主轴箱内只有一根主轴，主轴部件的刚度要高，以满足精密加工要求。刀库内数量较大，因而能满足复杂零件的多工序加工，大大提高生产率。带刀库的自动换刀系统适用于数控钻削中心和加工中心。

刀库种类

1.链式刀库

链式刀库包括单环链和多环链, 链环形式可有多种变化，如图（a）、（b）、（c）

（a）（b）（c）

链式刀库有如下特点：适用于刀库容量较大的场合，所占的空间小。一般适用于刀具数在30～120把的刀库。仅增加链条长度即可增加刀具数，可以不增加圆周速度，其转动惯量不像盘式刀库增加的那样大。

2.盘式刀库

在盘式刀库结构中，刀具可以沿主轴径向、轴向、斜向安放，如图（a）、（b）、（c）。刀具轴向安装的结构最为紧凑，但为了换刀时刀具与主轴同向，有的刀库

90翻转。在刀库容量较大时，为在存取方便的同时中的刀具需要在换刀位置作

保持结构紧凑，可采取弹仓式结构，但是较其他形式复杂。目前大量的刀库安装在机床立柱的顶面或侧面。在刀库容量较大时，也有安装在单独的地基上的，以隔离刀库转动造成的振动。

盘式刀库的刀具轴线也圆盘轴线平行，刀具环形排列，分径向、轴向两种取刀方式，其刀座结构不同。这种盘式刀库结构简单，应用较多，适用于刀库容量较小的情况。为增加刀库空间利用率，可采用双环或多环排列刀具的形式，但圆盘直径增大，转动惯量就增加，选刀时间也较长。

（a）（b）（c）

3.直线式刀库和组合刀库

直线式刀库结构简单如图2．9，刀具单行排列，刀库容量小，多用于数

控车床和钻床上。由于刀库位置固定，换刀动作由主轴完成，无需机械手。

组合刀库一般是转塔式刀库的组合、转塔式与盘式刀库的组合及链式刀库的

组合。每单个刀库的储刀量较小，换刀速度快。另外还有一些密集型的鼓轮

式、弹匣式和格子式刀库，这些密集型刀库虽．占地面积小，但由于结构限制，

基本上不用于单机加工中心，多用于FMS的集中供刀系统。

直线式刀厍外观图

机械手

机械手是执行刀库和主轴之间换刀动作的装置。

1.机械手的机械动作

机械动作一般包含：a．拐臂旋转、b．滑座平移、c．手臂伸缩、d．手臂180。旋转。有的机械手还对称安装了2个卡钳式手爪用于抓刀，其动作为：e．A爪松、紧：f．B爪松、紧。机械手结构及动作如图所示。

刀库机械手动作示意图

2.机械手的种类

加工中心换刀机械手的种类繁多，可以说每个厂家都推出自己的独特的换刀机械手，在加工中心的自动换刀系统中，是机械手具体执行刀具的自动更换，对

其要求是迅速可靠、准确协调。由于加工中心机床的刀库和主轴，其相对位置距离不同，相应的换刀机械手的运动过程也不尽相同，它们由各种形式的机械手来完成。常见的机械手有：

单臂单爪回转式机械手

机械手摆动的轴线与刀具主轴平行，机械手的手臂可以回转不同的角度来进行自动换刀，换刀具的所花费的时间长，用于刀库换刀位置的刀座的轴线相平行的场合。如图所示：

单臂单爪回转式机械手

双臂回转式机械手

这种机械手的两臂各有一个卡爪，可同时抓取刀库及主轴上的刀具，在回转180°之后有同时将刀具归回刀库及装入主轴，是目前加工中心机床上最为常用的一种形式，换刀时间要比前两种都短，如图所示：

双臂回转式机械手

自动选刀及换刀

刀库的自动控制指CNC执行用户指令后系统对刀库的自动控制过程，包括程序找刀和自动换刀。加工中心的计算机数控装置(CNC)发出的选刀指令，将刀库转到所需刀具号的取刀位置，称自动选刀。自动选刀有两种方法：顺序选刀和随机选刀方法。

换刀方式主要有随机任选换刀和固定任选换刀。前一种方式刀库的刀套号和刀具号在换刀完成后就不一致了。而后一种方式刀套号和刀具号始终一致。

1．固定换刀方式A(无机械手，无刀具准备功能)：无论换刀次数，刀套号与刀具号始终一一对应，如N号刀套中始终是N号刀。这种换刀方式换刀时间较长，适用于刀具容量较少的小型加工中心，且无刀具准备。必须先归旧刀一再找新刀一加工(无机械手，用主轴运动进给)，换刀时间较长，适用于小型刀库。

2．固定换刀方式B(有机械手，可实现刀具准备)：刀具号仍与刀套号一致，无刀具表系统可记忆当前主轴刀具和下把所选的刀具．机械手由油缸驱动，故易受油

质、阀体质量、油温等外界因素的影响，需定期进行调整，并清洗阀体。此种适用于换刀不很频繁、刀具数为40．60把、主轴锥孔为BT 40以上的刀库。

3．随机换刀(有机械手，可实现刀具准备)：刀具号与刀套号不一一对应，系统有相应的刀具表随时记忆刀具使用情况，刀表中刀套号是固定的，而刀具号则随刀具的交换随时更新。例如在刀具表初始化后，N号刀套中是N号刀，但只要产生刀具交换，则刀具表随之进行数据交换(需在梯形图中处理并设定相应的数据表)。当所选刀具直径超过相邻刀套的中心距时(产生刀具干涉时)，需做大径刀判断后，采取不同的换刀方式：如为大径刀，使用固定刀套换刀方式：如为小径刀，则采用随机换刀．大径刀的判别可用多种方式实现，如采用宏程序或在梯形图中处理。