各种类型的自动换刀数控 机床，尤其是对使用回转 类刀具的数控镗铣，钻镗 类立式、卧式加工中心机 床，要根据工艺范围和机 床特点，确定刀库容量和 自动换刀装置类型，用于 加工工艺范围的立、卧式 车削中心机床
有刀库的转塔头换 刀装置
弥补转换刀数量不足的缺点，换刀时间
短
数控机床自动换刀装置与数控工作
台
扩大工艺范围的各类转塔 式数控机床
第6章 数控机床的 自动换刀装置和数控工作台
6.1 自动换刀装置
• 为了提高数控机床的加工效率，除了要提高切削速 度，减少非切削时间也非常重要，现代数控机床正向 着工件在一台机床上一次装夹可完成多道工序或全部 工序加工的方向发展，这些多工序加工的数控机床在 加工过程中需使用多种刀具，因此必须有自动换刀装 置，以便选用不同的刀具来完成不同工序的加工。
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• （2）转位 轴6外圆柱面上有两个对称槽，内装滑块4。当
端面齿盘2和3脱离啮合后，蜗轮5转到一定角度 时，与蜗轮5固定在一起的圆环14左侧端面的凸 块便碰到滑块4，蜗轮继续转动，通过14上的凸 块带动滑块连同轴6、刀架体1一起进行转位。
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• （3）刀架定位 刀架体7转动时带着电刷座10转动，当转到程序指令的刀号
时，定位销15在弹簧的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位，同时电
刷13、14接触导通，是电动机1反转。由于粗定位槽的限制，刀架体7不能
转动，使其在该位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5上的端面齿啮合实现
精确定位。
数控机床自动换刀装置与数控工作 台
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1—电动机 2—联轴器 3—蜗杆轴 4—蜗轮丝杠 5—刀架底座 6—粗定位盘 7—刀架体 8—球头销 9—转位套 10—电刷座 11—发迅体 12—螺母 13、14—电刷 15—粗定位销 图6-1 数控车床 方刀架结构
• 其换刀过程如下：
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• 2.数控车床盘形自动回转刀架
• 图6-2所示为CK7815型数控车床采用的BA200L刀架的 结构。 该刀架可配置12位（A型或B型）、8位（C型）刀盘。 A、B型回转刀盘的外切刀可使用25mm×150mm标 准刀具和刀杆截面为25mm×25mm的可调刀具，C型可 用尺寸为20mm×20mm×125mm的标准刀具。 镗刀杆最大直径为32mm。刀架转位为机械传动，端 面齿盘定位。
杠轴向固定，因此刀架体7不能转动只能轴向移动，这是刀架体抬起。
• （2）刀架转位 当刀架体抬至一定距离后，端面齿脱开，转位套用销钉与
蜗轮丝杠联接，随蜗轮丝杠一起转动，当端面齿完全脱开时，转位套9正
好转过160º（如图6-1A—A剖视图所示），球头销8在弹簧力的作用下进入
转位套9的槽内，转位套通过弹簧销带动刀架体转位。
• 刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，电动机1启动正转，通过平键套筒
联轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动蜗轮丝杠4转动。刀架体7的内孔加工有
内螺纹，与蜗轮丝杠旋合。蜗轮丝杠内孔与刀架中心轴外圆是滑配合，在
转位换刀时，中心轴固定不动，蜗轮丝杠绕中心轴空转。当蜗轮丝杠开始
转动时，由于刀架体7和刀架体底座5上的端面齿处于啮合状态，且蜗轮丝
• （3）回转刀架的定位
• （4）夹紧
• 刀架电动机1继续反转，此时蜗轮丝杠停止转动， 蜗杆轴3继续转动，端面齿间夹紧力不断增加，转 距不断增大，达到一定值时，在传感器的控制下电 动机1停止转动。
• 译码装置由发信体11、电刷13、14组成。
• 电刷13负责发信，电刷14负责位置判断。当刀架 定位出现过位或不到位时，可松开螺母12，调好发 信体11与电刷14的相对位置。这种刀架在经济性数 控机床及卧式车床的数控化改造中应用广泛。
机床
顺序换刀，换刀时间短，刀具主轴都集 中在转塔头上，结构紧凑，但刚性较差， 数控钻床、镗床 刀具主轴数受限制
换刀运动集中，运动部件少。但刀库运 动多。布局不灵活，适应性差
刀库只有选刀运动，机械手进行换刀运 动，比刀库作换刀运动惯性小，速度快
换刀运动分散，有多个部件实现，运动 部件多，但布局灵活，适应性好
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• 自动换刀装置应具备换刀时间短，刀具重复定 位精度高，有足够的刀具储备量，占地面积小， 安全可靠等特性。
• 各类数控机床的自动换刀装置的结构和数控机 床的类型、工艺范围、使用刀具种类和数量有关。 数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点、适 用范围见表6-1所示。
• 6.1.1数控车床的自动转位刀架
• 刀架是数控车床的重要功能部件，其结构形式很 多，下面介绍几种典型刀架结构。
• 1.数控车床方刀架
• 数控车床方刀架是在普通车床方刀架的基础上发 展的一种自动换刀装置，它有四个刀位，能同时 装夹四把刀具，刀架回转90º，刀具变换一个刀位， 转为信号和刀位号的选择由加工程序指令控制。 图6-1所示为数控车床方刀架结构。
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1—刀架 2、3—端面齿盘 4—滑快 5—蜗轮 6—轴 7—蜗杆 8、9、10—传动齿轮 11—电动机 12—微动开关 13—小轴 14—圆环 15—压板 16—锲铁
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图6-2 回转刀架
• 转位过程如下：
• （1）回转刀架的松开 转位开始时，电磁制动器断 电，电动机11通电转动，通过齿轮10、9、8带动蜗 杆7旋转，使蜗轮5转动。蜗轮内孔有螺纹，与轴6 上的螺纹配合。端面齿盘3被固定在刀架箱体上， 轴6和端面齿盘2固定连接，端面齿盘2和3处于啮合 状态，因此，蜗轮5转动时，轴6不能转动，只能和 端面齿盘2、刀架体1同时向左移动，直到端面齿盘 2和3脱离啮合。
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表6-1自动换刀装置的主要类型转 回转刀架 塔 刀 架 转塔头
刀库与主轴 之间直接换 刀
刀
库
用机械手配 合刀库换刀
式
用机械手、 运输装置配 合刀库换刀
回转刀架多为顺序换刀换刀时间短，结 各种数控车床，车削中心
构简单紧凑，容纳刀具较少