自动换刀装置
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数控加工系统的自动换刀装置
第二节数控加工系统的自动换刀装置为了进一步提高数控机床的加工效率，数控机床向着工件在一台机床上经一次装夹可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，从而出现了各种类型的加工中心机床和车削中心机床。
这类机床为了完成不同工序的加工工艺，需使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置。
自动换刀装置应满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及安全可靠等要求。
各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀种类和数目。
目前数控机床使用的自动换刀装置主要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀二种。
一、转塔式自动换刀装置转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔头式二种，回转刀架式用于各种数控车床和车削中心机床。
转塔头式多用于数控钻、镗、铣床。
（一）回转刀架换刀回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置。
在回转刀架各刀座安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。
回转刀架可在回转轴径向和轴向安装刀具。
在数控车床上，回转刀架和其上的刀具布置大致有：（1）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具混合放置，如图6-10所示。
（2）两个回转刀架，分别布置外圆和内孔类刀具。
如图6-11所示，上刀架的回转轴与主轴平行，用于装外圆类刀具；下刀架的回转轴与主轴垂直，用于装内孔类刀具。
图6-11 带有两个回转刀架的数图6-12 双排回转刀架外形图控车床（3）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面，如图6-12所示。
回转刀架的回转轴与主轴倾斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和内孔。
回转刀架的工位数最多可达20余个，但最常用的是8、10、12和16工位4种。
工位数越多，刀间夹角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生的干涉可能性越大；在刀架布刀时要给予考虑，避免发生干涉现象。
回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切削抗力和减小刀架在切削力作用下的位移变形，提高加工精度。
回转刀架还要选择可靠的定位方案和定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有高的重复定位精度。
第4章 数控机床自动换刀装置
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4.2 刀库
统计了15000种工件，按成组技术分析，各种加工刀具所必需 的刀具数的结果是：4把刀的容量就可以完成95%左右的铣削 工艺，10把孔加工刀具可完成70%的钻削工艺，因此，14把刀 的容量就可完成70~以上的工件钻削工艺。如果从完成工件的
全部加工所需的刀具数目统计，所得结果是80%的工件完成全
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4.3 机械手
2. 刀库夹爪 刀库夹爪既起着刀套作用，又起着手爪的作用。如图4-19 所示为刀库夹爪图。
4.3.4 机械手结构原理
如图4-20所示，机械手结构及工作原理如下。 机械手有两对抓刀爪，分别由液压缸1驱动其动作。当液压 缸推动机械手抓刀爪外伸时，抓刀爪上的销轴3在支架上的 导向槽2向滑动，使抓刀绕销4摆动，抓刀爪合拢抓住刀具； 当液压缸间缩时，支架2上的导向槽迫使抓刀爪张开，放松 刀具。由于抓刀动作由机械机构实现，且能自锁，因此工作 安全可靠.
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4.3 机械手
4.3.5 机械手的驱动机构
如图4-21所示为机械手的驱动机构。汽缸1通过杆6带动机械 手臂升降。当机械手在上边位置时，液压缸4通过齿条2、齿 轮3、传动盘5、杆6带动机械手臂回转；当机械手在下边位置 时，汔缸7通过齿条9、齿轮8、传动盘5和杆6，带动手臂回转。 如图4-22所示为机械手臂和手爪结构图。手臂的两端各有一 手爪。刀具被带弹簧1的活动销4紧靠着固定爪5。锁紧销2被 弹簧3弹起，使活动销4被锁位，不能后退，这就保证了在机 械手运动过程中，手爪中的刀具不会被甩出。当手臂在上方 位置从裙位置转过750时锁昆锁2被挡块压下，活动锁4就可以 活动，使得机械手可以抓住主轴和刀套中的刀具。
数控机床自动换刀装置
02
数控机床自动换刀装置 的结构与设计
刀库设计
刀库容量
根据数控机床的加工需求， 合理设计刀库容量，确保 能够存放足够数量的刀具。
刀具存放方式
采用合适的刀具存放方式， 如刀具架、刀具套等，以 便于刀具的存取和管理。
刀库布局
根据数控机床的整体布局 和加工要求，合理布置刀 库的位置和方向，以提高 换刀效率和加工精度。
例如，在发动机缸体的加工中，需要使用不同种类的刀具进行粗加工、半精加工和精加工。数控机床 自动换刀装置可以在加工过程中自动识别需要更换的刀具，并快速、准确地完成换刀操作，保证了加 工过程的连续性和稳定性。
应用案例二：航空航天业
航空航天业对零部件的加工精度和效率要求极高，数控机床自动换刀装置在航空 航天业中也有着广泛的应用。例如，在飞机机身和机翼的制造中，需要使用大型 五轴数控机床进行加工，而大型五轴数控机床的换刀时间较长，影响了加工效率 。
数控机床自动换刀装置的应用，可以大大缩短换刀时间，提高加工效率。同时， 由于航空航天业对零部件的加工精度要求极高，数控机床自动换刀装置的精确性 和稳定性也得到了充分验证，为航空航天业的发展提供了有力支持。
应用案例三：模具制造业
模具制造业是数控机床自动换刀装置的重要应用领域 之一。在模具的制造过程中，需要使用不同种类的刀 具进行粗加工、半精加工和精加工。数控机床自动换 刀装置的应用，可以大大提高模具的加工效率和精度 。
分类与比较
按换刀方式分类
数控机床自动换刀装置可分为机械手换刀和机器人换刀两种 方式。机械手换刀方式具有结构简单、成本低等优点，但换 刀速度较慢；机器人换刀方式具有换刀速度快、精度高等优 点，但结构复杂、成本较高。
按刀库类型分类
数控机床自动换刀装置可分为固定刀库和旋转刀库两种类型 。固定刀库具有容量大、换刀速度快等优点，但结构复杂、 成本较高；旋转刀库具有结构简单、成本低等优点，但容量 较小、换刀速度较慢。
第2章自动换刀装置
➢ 刀库可装在机床的工作台上、立柱上或主轴箱上，也 可作为一个独立部件装在机床之外。
➢ 这类换刀装置应用最广泛。
刀库装在机床的工作台上 ，这种换刀装置，直接利 用机床本身及刀库的运动 进行换刀。当某一刀具加 工完毕从工件退出后，即 开始进行自动换刀 。
现在的中小型加工中心，刀 库不是装在工作台上，而是 装在立柱上的一个托架上。 采用刀库在托架的导轨上平 行于X方向运动与主轴的上 下运动实现换刀。
2.为什么需要自动换刀装置：
• 缩短非切削时间，提高生产率，可使非切削时间减少到20
％～30％；
• “工序集中”，扩大数控机床工艺范围，减少设备占地面积； • 提高加工精度；
– 数控机床对ATC要求：
• 换刀时间尽可能短； • 刀具重复定位精度高； • 刀具储存量足够； • 结构紧凑，便于制造、维修、调整； • 布局应合理，使机床总布局美观大方； • 较好的刚性，避免冲击、振动及噪声，运转安全可靠； • 防屑、防尘装置。
第2章第三节 数控机床的自动 换刀装置
内容提要
本节将讨论数控机床的自动刀具交换装置的形 式、刀库的类型、刀具系统及选刀方式，最后将介 绍一个自动刀具交换装置的实例。
一、概述
1.什么是自动换刀装置：
• 储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换功能的装置 • ATC：Automatic Tool Changer
当刀库的容量大、刀具较重或机床总体布局等原因， 刀库也可作为一个独立部件，装在机床之外
刀库远离主轴，常常要 附加运输装置，来完成 刀库与主轴之间刀具的 运输。
•为了缩短换刀时间，可采用带刀库的双
主轴或多主轴换刀系统
三、刀 库
• 1、刀库的形式
（1）盘式刀库
➢ 这类换刀装置应用最广泛。
刀库装在机床的工作台上 ，这种换刀装置，直接利 用机床本身及刀库的运动 进行换刀。当某一刀具加 工完毕从工件退出后，即 开始进行自动换刀 。
现在的中小型加工中心，刀 库不是装在工作台上，而是 装在立柱上的一个托架上。 采用刀库在托架的导轨上平 行于X方向运动与主轴的上 下运动实现换刀。
2.为什么需要自动换刀装置：
• 缩短非切削时间，提高生产率，可使非切削时间减少到20
％～30％；
• “工序集中”，扩大数控机床工艺范围，减少设备占地面积； • 提高加工精度；
– 数控机床对ATC要求：
• 换刀时间尽可能短； • 刀具重复定位精度高； • 刀具储存量足够； • 结构紧凑，便于制造、维修、调整； • 布局应合理，使机床总布局美观大方； • 较好的刚性，避免冲击、振动及噪声，运转安全可靠； • 防屑、防尘装置。
第2章第三节 数控机床的自动 换刀装置
内容提要
本节将讨论数控机床的自动刀具交换装置的形 式、刀库的类型、刀具系统及选刀方式，最后将介 绍一个自动刀具交换装置的实例。
一、概述
1.什么是自动换刀装置：
• 储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换功能的装置 • ATC：Automatic Tool Changer
当刀库的容量大、刀具较重或机床总体布局等原因， 刀库也可作为一个独立部件，装在机床之外
刀库远离主轴，常常要 附加运输装置，来完成 刀库与主轴之间刀具的 运输。
•为了缩短换刀时间，可采用带刀库的双
主轴或多主轴换刀系统
三、刀 库
• 1、刀库的形式
（1）盘式刀库
机床数控技术及应用-自动换刀装置相关知识
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
•
6.4.1自动换刀装置的分类
无机械手的换刀装置一般把刀库放在主轴箱可以运动到的位置 ，即整个刀库或刀库的某一刀位能移动到主轴箱可以到达的位置 。刀库中刀具的存放方向一般与主轴箱的装刀方向一致。换刀时 通过主轴和刀库的相对运动执行换刀动作，利用主轴取走或放回 刀具。
机械手换刀是利用机械手实现主轴和刀库间刀具交换的方 式。它可以克服无机械手换刀的缺点，刀具交换速度快， 刀具数量多，刀库布局灵活，使用范围广。但其结构通常 较复杂，制造成本高。
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
•
6.4.1自动换刀装置的分类
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
•
பைடு நூலகம்
6.4.1自动换刀装置的分类
•
6.4.1自动换刀装置的分类
（3）刀架定位 刀架体7转动时 带动电刷座 10转动，当转到程 序指定的位置时，粗定位销 15 在弹簧力的作用下进入粗定位 盘6的槽中进行粗定位，同时电 刷13接触导体使电动机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 ；
（1）刀架抬起 当数控装置发 出换刀指令后，电动机 1起动 正转，并经联轴器 2使蜗杆 3 转动，从而带动蜗轮丝杠4转动 。刀架体 7的内孔加工有螺纹 与丝杠联结，蜗轮4与丝杠为整 体结构。当蜗轮开始转动时， 由于刀架底座5和刀架体 7上的 端面齿处于啮合状态，且蜗轮 丝杠轴向固定，因此刀架体 7 抬起 。
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
•
6.4.1自动换刀装置的分类
在加工中心上，由于刀具被安装于主轴上，换刀必须在主轴 和刀库之间进行，为此，必须设计专门的自动换刀装置和刀 库，其刀具的交换方式通常可以分为无机械手换刀和带机械 手换刀两大类。
自动换刀原理
自动换刀原理
自动换刀装置是加工中心的重要组成部分，它的作用是在加工过程中自动更换刀具，以提高加工效率和加工精度。
自动换刀装置的原理如下：
1. 刀具识别：自动换刀装置通过刀具识别系统对刀具进行识别，刀具识别系统通常采用编码、RFID 等技术，对刀具进行唯一标识。
2. 刀具库：刀具库是存储刀具的地方，刀具库通常采用圆盘式、链式等结构，刀具库中的刀具按照一定的规则排列，以便于自动换刀装置进行取刀。
3. 取刀机构：取刀机构是自动换刀装置的核心部分，它的作用是将刀具从刀具库中取出，并将其送到主轴上。
取刀机构通常采用机械手、夹爪等结构，取刀机构的动作由控制系统控制。
4. 主轴：主轴是加工中心的核心部件，它的作用是安装刀具，并对工件进行加工。
主轴通常采用电动、气动等方式进行驱动，主轴的转速和转向由控制系统控制。
5. 刀具交换：当取刀机构将刀具送到主轴上后，控制系统会控制主轴停止转动，并将刀具夹紧。
然后，取刀机构会将旧刀具从主轴上取下，并将其送回刀具库中。
最后，控制系统会控制主轴转动，开始进行加工。
自动换刀装置的工作过程是一个自动化的过程，它需要控制系统、刀具识别系统、刀具库、取刀机构、主轴等多个部分协同工作，以实现刀具的自动更换。
以上是自动换刀的原理，希望对你有所帮助！。
自动换刀装置
16
5.2 刀架换刀
• 一、排刀式刀架
图5-6 排刀式刀架布置图
17
图5-7 快换台板
18
二、经济型数控车床方刀架
• 经济型数控车床方刀架是在普通车床四方刀架 的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和 普通四方刀架一样，有四个刀位，能装夹4把 不同功能的刀具，方刀架回转时，刀具交换一 个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由 加工程序指令控制。换刀时方刀架的动作顺序 是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和夹紧刀 架。为完成上述动作要求，要有相应的机构来 实现，下面就以WZD4型刀架为例说明其具体结 构，
9
三、识别装置
• 刀具（刀座）识别装置是自动换刀系统 中重要组成部分，常用的有下列几种。
• 1．接触式刀具识别装置 • 2．非接触式刀具识别装置
10
1．接触式刀具识别装置
图5-3 接触式刀具识别装置 1-刀柄 2-识别装置 3-触针 4-编码环
11
2．非接触式刀具识别装置
• 非接触式刀具识别装置没有机械直接接 触，因而无磨损、无噪声、寿命长、反 应速度快，适应于高速、换刀频繁的工 作场合。常用的有磁性识别和光电识别。
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、铣床类立式、
卧式加工中心机床。
用机械手配 合刀库进行 换刀
刀库只有选刀运动，
机械手进行换刀运 动，刀库容量大
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。
4
二、刀具的选择 自动选刀：按数控装置的刀具选择指令， 从刀库中将所需要的刀具转换到取刀位置， 称为自动选刀。
• (1)刀架抬起 • (2)刀架转位 • (3)刀架压紧 • (4)转位液压缸复位
5.2 刀架换刀
• 一、排刀式刀架
图5-6 排刀式刀架布置图
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图5-7 快换台板
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二、经济型数控车床方刀架
• 经济型数控车床方刀架是在普通车床四方刀架 的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和 普通四方刀架一样，有四个刀位，能装夹4把 不同功能的刀具，方刀架回转时，刀具交换一 个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由 加工程序指令控制。换刀时方刀架的动作顺序 是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和夹紧刀 架。为完成上述动作要求，要有相应的机构来 实现，下面就以WZD4型刀架为例说明其具体结 构，
9
三、识别装置
• 刀具（刀座）识别装置是自动换刀系统 中重要组成部分，常用的有下列几种。
• 1．接触式刀具识别装置 • 2．非接触式刀具识别装置
10
1．接触式刀具识别装置
图5-3 接触式刀具识别装置 1-刀柄 2-识别装置 3-触针 4-编码环
11
2．非接触式刀具识别装置
• 非接触式刀具识别装置没有机械直接接 触，因而无磨损、无噪声、寿命长、反 应速度快，适应于高速、换刀频繁的工 作场合。常用的有磁性识别和光电识别。
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、铣床类立式、
卧式加工中心机床。
用机械手配 合刀库进行 换刀
刀库只有选刀运动，
机械手进行换刀运 动，刀库容量大
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。
4
二、刀具的选择 自动选刀：按数控装置的刀具选择指令， 从刀库中将所需要的刀具转换到取刀位置， 称为自动选刀。
• (1)刀架抬起 • (2)刀架转位 • (3)刀架压紧 • (4)转位液压缸复位
加工中心自动换刀装置
图１ Ａ Ｔ Ｃ 机械手动作过程
换刀准备 ：刀库待调刀具移动到换刀位置 ，主 轴移动到换 刀位置即第二原点 ，主轴定 向。换 刀条 件满足后 ，Ａ Ｔ Ｃ 执行换刀动作 。 Ａ Ｔ Ｃ 动作步骤 ：①Ａ Ｔ Ｃ 机械手在原位 。②Ａ Ｔ Ｃ
机械手 顺时针旋转 ９ ０ 。 ，主 轴 松 开 刀 具 ，Ａ ＴＣ 夹 紧 刀具 。 ③Ａ Ｔ Ｃ 机 械 手 前 进 到位 。④Ａ Ｔ Ｃ 机 械 手 顺
前 ＾ 进
｝ 臂
后 退 丫
械手 换 刀的过程 中 ，使用一个机械 手将加工完毕
的 刀具 从主轴 中拔 出 ，与此 同时 ，另一机械手将 在 刀库 中待命 的刀具 从 刀库拔 出 ，然后两者交换 位置 ，完成换 刀过程 。无机械手换 刀时 ，刀库 中 刀具存 放方 向与主 轴平行 ，刀具放在 主轴可到达 位置换 刀时 ，主轴移 到刀库换 刀位 置 ，利 用主轴 将加 工用 毕 刀具插 人刀库 中要求的空位处 ，然后
加工中心 自动换刀装置
神 龙汽 车有 限公 司襄 阳工厂 （ 湖北 ４ ３ ０ ０ ５ ６ ） 汪 雪松
加 工 中心是 由机械设 备与数控 系统组成 的 ， 适 用于复杂零 件加工 的高效 自动化机床 。它 与一
１ ． ＤＭ４ ０ Ａ Ｔ Ｃ自动换 刀装 置及换刀过程说 明
东风设备制造厂生产的ＤＭ５ ０ ０ Ｉ 卧式加工中心 主轴为 电主轴 ，配置Ｄ Ｍ４ ０ Ａ Ｔ Ｃ 换 刀装置。换刀装 置运动采用变频器控制三相异步电动机 ，通过齿轮 传动带动凸轮旋转 ，利用 凸轮机构控￣ Ｉ ］ Ａ Ｔ Ｃ 机械手 的旋转 、进退和松夹 刀具 （ 见图１ ）。位置控制通 过传感器检查位置输入信号及延时继 电器控制。
心 的性 能 。
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数控机床的自动换刀装置
为完成对工件的多工序加工而设置的存储及更换 刀具的装置称为自动换刀装置（Automatic Tool Changer, ATC）。 自动换刀装置应当满足的基本要求为：
刀具换刀时间短且换刀可靠。 刀具重复定位精度高。 足够的刀具储存量。 结构简单，便于制造、维修、调整。 布局合理，机床总布局美观大方。
编码识别装置
接触式刀具识别装置的原理
非接触式磁性识别原理图
光导纤维刀具识别原理图
刀座编码方式
对每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与 其号码相符的刀座中，换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经 过识刀器，直至找到规定的刀座，刀库停止旋转。
如图所示为圆盘形刀库的刀 座编码装置。在圆盘的圆周上均 匀分布若干个刀座，其外侧边缘 上装有相应的刀座识别装置2。 刀座编码的识别原理与刀具编码 完全相同.
(6)主轴箱及主轴带着刀具上升；
(7)机床工作台快速向左返回，将刀库 从主轴下面移开，同时将工件移至主轴 数控立式镗铣床
下面，使主轴上的刀具对准工件的加工
面。
四、刀具交换装置
1、利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换
这种自动换刀装置只有一个刀库， 不需要其他装置，结构极为简单，然而 换刀过程却较为复杂。 另外，由于刀库置于工作台上，因 而减少了工作台的有效使用面积。这种 换刀装置多用于小型低价位的加工中心。
转塔头主轴通常只适应于工序较少，精度要求 不太高的机床，如数控钻床、铣床等。
一、自动换刀装置的型式——转塔头式换刀装置
优点： 省去了自动松、夹、装刀、卸刀以及刀具搬运等一系 列的复杂操作，从而缩短了换刀时间（仅为2s左右）， 并提高了换刀的可靠性。
缺点： 由于空间位置的限制，使主轴部件结构不能设计得十 分坚实，因而影响了主轴系统的刚度。为了保证主轴的 刚度，必须限制主轴数目，否则将使结构尺寸大大增加。
刀具轴线与鼓（盘） 轴线不平行的鼓（盘） 式刀库，占用空间较 大，使刀库安装位置和 刀库容量受到限制，故 应用较少。 特点： 鼓（盘）式刀库 结构简单，应用较多， 适用于刀库容量较小的 情况。
链式刀库
优点是结构紧凑、布局灵活、刀库容量大。通常情况下，刀 具轴线和主轴轴线垂直，因此，换刀必须通过机械手进行，机 械结构比鼓式刀库复杂。在刀库容量较大时，可采用加长链条 式布置或多环链式布置，使其外形更紧凑、占用空间更小。
四、刀具交换装置
刀具交换装置是用来实现刀库与机床主轴（或刀架）之 间传递和装卸刀具的装置。刀具交换装置的形式和具体结 构多种多样，它们对数控机床的总布局、生产率和工作可 靠性都有直接的影响。
利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换 采用机械手进行刀具交换
四、刀具交换装置
1、利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换 (1)主轴定向准停，使主轴上的端面键 与刀柄键槽方向一致； (2)根据指令，控制机床工作台快速向 右移动，将工件5从主轴2下面移开，同 时将刀库4移到主轴下面，并使刀库的
双臂双爪回转式机械手 手臂两端各有一个夹爪，两个夹爪 可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转 180°后，又同时将刀具放回刀库及装 入主轴。是最常用的一种形式（钩手） 右边的杈手形机械手在抓取刀具或 将刀具送入刀库及主轴时，两臂可伸 缩。
（1）抓刀 （2）拔刀 （3）换刀 （4）插刀
（5）复位
手臂旋转90“，同时抓住刀库和主轴上的刀具； 主轴夹头松开刀具，机械手同时将刀库和主轴上的 刀具拔出； 手臂旋转180“，新旧刀具交换； 机械手同时将新旧刀具分别插入主轴和刀库，然后 主轴夹头夹紧刀具； 转动手臂，回到原始位置。
二、刀库——刀库的安装位置
刀库可装在机床的工作台上、立柱上或主轴箱上；当刀 库容量大、刀具较重时，也可作为一个独立部件，装在机床 之外。
装在机床工作台上
装在机床外
二、刀库——刀库的容量
刀库的容量首先要考虑加工工艺的分析的需要。一般情 况下，并不是刀库中的刀具越多越好，太大的容量会增加刀 库的尺寸和占地面积，使选刀过程时间增长。 工程实践：立式加工中心的主要工艺为钻、铣。用成组技术 对15000种工件进行分析后发现，4把铣刀就可以完成95%左右 的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成70%的钻削工艺，因此， 14把刀的容量就可完成70%以上的工件钻、铣工艺加工。 如果从完成工件全部加工所需的刀具数目统计，一般的 中小型立式加工中心配14-30把刀具的刀库就能满足70%-95% 的工件加工需要。
任选刀具有三种换刀方式（刀具编码、刀座编码、编码附件）
刀具编码方式
刀具编码选刀方式是在刀具或刀套上安装用于识别的 编码条，一般都是根据二进制编码的原理进行编码。刀具 长度加长，制造困难，刚度降低，刀库和机械手结构复杂。
在刀柄1后端的拉杆4上套装 着等间隔的编码环2，由锁紧螺 母3固定。编码环直径有大小两 种，大直径的为二进制的“1”， 小直径的为“0”。通过两种圆环 的不同排列，可以得到一系列的 代码。
三、刀具的选择装置
按数控装置的刀具选择指令，从刀库中将所需要的刀具转 换到取刀位置，称为自动选刀。
1、顺序选刀
在加工前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插 入刀库的刀套中，加工时按顺序调刀称为顺序选刀。
பைடு நூலகம்
2、任选刀具
刀具在刀库中任意存放，每把刀具（或刀座）都编有 代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具都经过“刀具识 别装置”接受识别。当某刀具代码与数控指令代码相符时
数控机床的自动换刀装置
一、自动换刀装置的型式——带刀库的自动换刀装置 回转刀架、转塔头式换刀装置容纳的刀具 数量不能太多，不能满足复杂零件的加工需 要，因此，目前多工序数控机床（加工中心） 多采用带刀库的自动换刀装置。 这种自动换刀装置由刀库、选刀机构、刀 具交换装置及刀具在主轴上的自动松夹机构等 四部分组成。
(a)螺母升降转位刀架 (c)凸台棘爪式刀架
(b)利用十字槽轮来转位及锁紧刀架 (d)电磁式刀架 (e)液压式刀架
一、自动换刀装置的型式——自动回转刀架
例子：数控车 床六角回转刀 架的换刀动作
一、自动换刀装置的型式——自动回转刀架
转位液压缸复位：刀架压紧之后，压力油从 刀架转位：刀架抬起后，压力油从C孔进入转位液压缸左腔 , D 孔进入转位液 刀架抬起：数控装置发出指令后，压力油从 刀架压紧：刀架转位后，压力油从B孔进入压紧液压缸的上 A孔进入压紧液 活塞通过联接板带动齿条移动，使空套齿轮做逆时针转动。通 压缸的右腔，活塞带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开 , 压缸的下腔 腔,活塞带动刀架体下降 ,刀架体抬起,, 使定位用的活动插销和固定插销脱开 活动插销与固定插销卡紧，刀架在新 , 过端齿离合器使刀架转过60°. 齿条带动空套齿轮在轴上空转。如果定位和夹紧动作正常，拉 同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮结合。 的位置定位并夹紧。此时，端齿离合器与空套齿轮脱开。 杆与触头接触，发出信号表示换刀过程结束。
钥匙的两边最多可带有 22个方齿，图中除导向用 的两个方齿外，共有20个 方齿可区别9999刀具。
这种编码方式称为临时性编码，因为从刀座中取出刀 具时，刀座中的编码钥匙也取出，刀库中原来编码随之消
失。因此，这种方式具有更大的灵活性。采用这种编码方式
用过的刀具不必放回原来的刀座。
3、软件选刀
将刀具号及其所在的刀座号(存刀位置，即刀具地址) 一一对应地记忆在数控系统的PLC中。无论刀具存放在哪 个刀座中，计算机都能跟踪记忆。因此，刀具可任意取 出，任意送回。 刀柄采用国际通用结构，没有编码环，结构简单，通 用性能好。刀座上也不编码，但刀库上必须设有刀座位置 检测装置，以便检测出每个刀座的位置信息。 目前多数加工中心都采用跟踪记忆方式来实现任选刀 具。
格子盒式刀库
固定型格子盒式刀库 刀具分几排直线排列，由纵横向移动的取刀机械手 完成选刀运动，将选取的刀具送到固定的换刀位置上，由 换刀机械手交换刀具。 由于刀具排列紧密，空间利用率高，刀库容量大。
非固定型格子盒式刀库 可换主轴箱的加工中心刀库由多个刀匣组成，可直 线运动，刀匣可以从刀库中垂直提出。
某个空刀座恰好对准主轴；
(3)主轴内的刀具夹紧装置放松，主轴 箱下降，将主轴上用过的刀具3放回刀 数控立式镗铣床 库的空刀座中；
四、刀具交换装置
1、利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换 (4)主轴箱上升，接着刀库回转，将下 一工步需用的刀具对准主轴； (5)主轴箱下降，将下一步所需的刀具 插入机床主轴，同时主轴内的刀具夹紧 装置夹紧刀具；
§3.4 数控机床的自动换刀装置
一、自动换刀装置的型式——转塔头式换刀装置
转塔头式换刀装置是带有旋转刀具的数控机床上常用 的一种换刀装置，这种换刀装置的转塔头上装有多个主 轴，每个主轴上装一把刀具，加工中，通过转塔头自动 转位实现自动换刀。
一、自动换刀装置的型式——转塔头式换刀装置
八方形转塔头上装有八根主轴， 每根主轴上装有一把刀具。根据 工序的要求按顺序自动地将装有 所需刀具的主轴转到工作位置， 以此实现自动换刀，同时接通主 传动，不处在工作位置的主轴便 与主传动脱开。转塔头的转位 (即换刀)由槽轮机构来实现。 数控转塔式镗铣床的外观图
编码附件方式
编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编 码盘等，其中应用最多的是编码钥匙。 这种方式是先给各刀具都缚上一把表示该刀具号的编码钥 匙，当把各刀具存放到刀库的刀座中时，将编码钥匙插进刀 座旁边的钥匙孔中，从而钥匙的号码转记到刀座中，给刀座 编上了号码。 识别装置可以通过识别钥匙上的号码来选取该钥匙旁边 刀座中的刀具。
四、刀具交换装置——机械手的形式与种类
双机械手 这种机械手相当于两个单爪机械 手，相互配合起来进行自动换刀。其 中一个机械手从主轴上取下“旧刀” 送 回刀库；另一个机械手由刀库里取出 “新刀”装入机床主轴。
四、刀具交换装置——机械手的形式与种类
为完成对工件的多工序加工而设置的存储及更换 刀具的装置称为自动换刀装置（Automatic Tool Changer, ATC）。 自动换刀装置应当满足的基本要求为：
刀具换刀时间短且换刀可靠。 刀具重复定位精度高。 足够的刀具储存量。 结构简单，便于制造、维修、调整。 布局合理，机床总布局美观大方。
编码识别装置
接触式刀具识别装置的原理
非接触式磁性识别原理图
光导纤维刀具识别原理图
刀座编码方式
对每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与 其号码相符的刀座中，换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经 过识刀器，直至找到规定的刀座，刀库停止旋转。
如图所示为圆盘形刀库的刀 座编码装置。在圆盘的圆周上均 匀分布若干个刀座，其外侧边缘 上装有相应的刀座识别装置2。 刀座编码的识别原理与刀具编码 完全相同.
(6)主轴箱及主轴带着刀具上升；
(7)机床工作台快速向左返回，将刀库 从主轴下面移开，同时将工件移至主轴 数控立式镗铣床
下面，使主轴上的刀具对准工件的加工
面。
四、刀具交换装置
1、利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换
这种自动换刀装置只有一个刀库， 不需要其他装置，结构极为简单，然而 换刀过程却较为复杂。 另外，由于刀库置于工作台上，因 而减少了工作台的有效使用面积。这种 换刀装置多用于小型低价位的加工中心。
转塔头主轴通常只适应于工序较少，精度要求 不太高的机床，如数控钻床、铣床等。
一、自动换刀装置的型式——转塔头式换刀装置
优点： 省去了自动松、夹、装刀、卸刀以及刀具搬运等一系 列的复杂操作，从而缩短了换刀时间（仅为2s左右）， 并提高了换刀的可靠性。
缺点： 由于空间位置的限制，使主轴部件结构不能设计得十 分坚实，因而影响了主轴系统的刚度。为了保证主轴的 刚度，必须限制主轴数目，否则将使结构尺寸大大增加。
刀具轴线与鼓（盘） 轴线不平行的鼓（盘） 式刀库，占用空间较 大，使刀库安装位置和 刀库容量受到限制，故 应用较少。 特点： 鼓（盘）式刀库 结构简单，应用较多， 适用于刀库容量较小的 情况。
链式刀库
优点是结构紧凑、布局灵活、刀库容量大。通常情况下，刀 具轴线和主轴轴线垂直，因此，换刀必须通过机械手进行，机 械结构比鼓式刀库复杂。在刀库容量较大时，可采用加长链条 式布置或多环链式布置，使其外形更紧凑、占用空间更小。
四、刀具交换装置
刀具交换装置是用来实现刀库与机床主轴（或刀架）之 间传递和装卸刀具的装置。刀具交换装置的形式和具体结 构多种多样，它们对数控机床的总布局、生产率和工作可 靠性都有直接的影响。
利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换 采用机械手进行刀具交换
四、刀具交换装置
1、利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换 (1)主轴定向准停，使主轴上的端面键 与刀柄键槽方向一致； (2)根据指令，控制机床工作台快速向 右移动，将工件5从主轴2下面移开，同 时将刀库4移到主轴下面，并使刀库的
双臂双爪回转式机械手 手臂两端各有一个夹爪，两个夹爪 可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转 180°后，又同时将刀具放回刀库及装 入主轴。是最常用的一种形式（钩手） 右边的杈手形机械手在抓取刀具或 将刀具送入刀库及主轴时，两臂可伸 缩。
（1）抓刀 （2）拔刀 （3）换刀 （4）插刀
（5）复位
手臂旋转90“，同时抓住刀库和主轴上的刀具； 主轴夹头松开刀具，机械手同时将刀库和主轴上的 刀具拔出； 手臂旋转180“，新旧刀具交换； 机械手同时将新旧刀具分别插入主轴和刀库，然后 主轴夹头夹紧刀具； 转动手臂，回到原始位置。
二、刀库——刀库的安装位置
刀库可装在机床的工作台上、立柱上或主轴箱上；当刀 库容量大、刀具较重时，也可作为一个独立部件，装在机床 之外。
装在机床工作台上
装在机床外
二、刀库——刀库的容量
刀库的容量首先要考虑加工工艺的分析的需要。一般情 况下，并不是刀库中的刀具越多越好，太大的容量会增加刀 库的尺寸和占地面积，使选刀过程时间增长。 工程实践：立式加工中心的主要工艺为钻、铣。用成组技术 对15000种工件进行分析后发现，4把铣刀就可以完成95%左右 的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成70%的钻削工艺，因此， 14把刀的容量就可完成70%以上的工件钻、铣工艺加工。 如果从完成工件全部加工所需的刀具数目统计，一般的 中小型立式加工中心配14-30把刀具的刀库就能满足70%-95% 的工件加工需要。
任选刀具有三种换刀方式（刀具编码、刀座编码、编码附件）
刀具编码方式
刀具编码选刀方式是在刀具或刀套上安装用于识别的 编码条，一般都是根据二进制编码的原理进行编码。刀具 长度加长，制造困难，刚度降低，刀库和机械手结构复杂。
在刀柄1后端的拉杆4上套装 着等间隔的编码环2，由锁紧螺 母3固定。编码环直径有大小两 种，大直径的为二进制的“1”， 小直径的为“0”。通过两种圆环 的不同排列，可以得到一系列的 代码。
三、刀具的选择装置
按数控装置的刀具选择指令，从刀库中将所需要的刀具转 换到取刀位置，称为自动选刀。
1、顺序选刀
在加工前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插 入刀库的刀套中，加工时按顺序调刀称为顺序选刀。
பைடு நூலகம்
2、任选刀具
刀具在刀库中任意存放，每把刀具（或刀座）都编有 代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具都经过“刀具识 别装置”接受识别。当某刀具代码与数控指令代码相符时
数控机床的自动换刀装置
一、自动换刀装置的型式——带刀库的自动换刀装置 回转刀架、转塔头式换刀装置容纳的刀具 数量不能太多，不能满足复杂零件的加工需 要，因此，目前多工序数控机床（加工中心） 多采用带刀库的自动换刀装置。 这种自动换刀装置由刀库、选刀机构、刀 具交换装置及刀具在主轴上的自动松夹机构等 四部分组成。
(a)螺母升降转位刀架 (c)凸台棘爪式刀架
(b)利用十字槽轮来转位及锁紧刀架 (d)电磁式刀架 (e)液压式刀架
一、自动换刀装置的型式——自动回转刀架
例子：数控车 床六角回转刀 架的换刀动作
一、自动换刀装置的型式——自动回转刀架
转位液压缸复位：刀架压紧之后，压力油从 刀架转位：刀架抬起后，压力油从C孔进入转位液压缸左腔 , D 孔进入转位液 刀架抬起：数控装置发出指令后，压力油从 刀架压紧：刀架转位后，压力油从B孔进入压紧液压缸的上 A孔进入压紧液 活塞通过联接板带动齿条移动，使空套齿轮做逆时针转动。通 压缸的右腔，活塞带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开 , 压缸的下腔 腔,活塞带动刀架体下降 ,刀架体抬起,, 使定位用的活动插销和固定插销脱开 活动插销与固定插销卡紧，刀架在新 , 过端齿离合器使刀架转过60°. 齿条带动空套齿轮在轴上空转。如果定位和夹紧动作正常，拉 同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮结合。 的位置定位并夹紧。此时，端齿离合器与空套齿轮脱开。 杆与触头接触，发出信号表示换刀过程结束。
钥匙的两边最多可带有 22个方齿，图中除导向用 的两个方齿外，共有20个 方齿可区别9999刀具。
这种编码方式称为临时性编码，因为从刀座中取出刀 具时，刀座中的编码钥匙也取出，刀库中原来编码随之消
失。因此，这种方式具有更大的灵活性。采用这种编码方式
用过的刀具不必放回原来的刀座。
3、软件选刀
将刀具号及其所在的刀座号(存刀位置，即刀具地址) 一一对应地记忆在数控系统的PLC中。无论刀具存放在哪 个刀座中，计算机都能跟踪记忆。因此，刀具可任意取 出，任意送回。 刀柄采用国际通用结构，没有编码环，结构简单，通 用性能好。刀座上也不编码，但刀库上必须设有刀座位置 检测装置，以便检测出每个刀座的位置信息。 目前多数加工中心都采用跟踪记忆方式来实现任选刀 具。
格子盒式刀库
固定型格子盒式刀库 刀具分几排直线排列，由纵横向移动的取刀机械手 完成选刀运动，将选取的刀具送到固定的换刀位置上，由 换刀机械手交换刀具。 由于刀具排列紧密，空间利用率高，刀库容量大。
非固定型格子盒式刀库 可换主轴箱的加工中心刀库由多个刀匣组成，可直 线运动，刀匣可以从刀库中垂直提出。
某个空刀座恰好对准主轴；
(3)主轴内的刀具夹紧装置放松，主轴 箱下降，将主轴上用过的刀具3放回刀 数控立式镗铣床 库的空刀座中；
四、刀具交换装置
1、利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换 (4)主轴箱上升，接着刀库回转，将下 一工步需用的刀具对准主轴； (5)主轴箱下降，将下一步所需的刀具 插入机床主轴，同时主轴内的刀具夹紧 装置夹紧刀具；
§3.4 数控机床的自动换刀装置
一、自动换刀装置的型式——转塔头式换刀装置
转塔头式换刀装置是带有旋转刀具的数控机床上常用 的一种换刀装置，这种换刀装置的转塔头上装有多个主 轴，每个主轴上装一把刀具，加工中，通过转塔头自动 转位实现自动换刀。
一、自动换刀装置的型式——转塔头式换刀装置
八方形转塔头上装有八根主轴， 每根主轴上装有一把刀具。根据 工序的要求按顺序自动地将装有 所需刀具的主轴转到工作位置， 以此实现自动换刀，同时接通主 传动，不处在工作位置的主轴便 与主传动脱开。转塔头的转位 (即换刀)由槽轮机构来实现。 数控转塔式镗铣床的外观图
编码附件方式
编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编 码盘等，其中应用最多的是编码钥匙。 这种方式是先给各刀具都缚上一把表示该刀具号的编码钥 匙，当把各刀具存放到刀库的刀座中时，将编码钥匙插进刀 座旁边的钥匙孔中，从而钥匙的号码转记到刀座中，给刀座 编上了号码。 识别装置可以通过识别钥匙上的号码来选取该钥匙旁边 刀座中的刀具。
四、刀具交换装置——机械手的形式与种类
双机械手 这种机械手相当于两个单爪机械 手，相互配合起来进行自动换刀。其 中一个机械手从主轴上取下“旧刀” 送 回刀库；另一个机械手由刀库里取出 “新刀”装入机床主轴。
四、刀具交换装置——机械手的形式与种类