链刀、盘式。斗笠式刀库
FANUCOiMD数控系统斗笠式刀库实现自动换刀
Ｎ １ Ｍ ９ ９
％
（ 换刀结束 ，返回主程序）
（ ２）Ｐ ＭＣ 与ＮＣ 程序的配合 。斗笠式 刀库 实 现 自动换 刀是Ｐ ＭＣ与ＮＣ 程 序 的配合 来完成 的 。
Ｐ Ｍ Ｃ在 整 个 换 刀 过 程 中 主 要 控 制 刀 库 的 正 ／反
转 、刀库的前进 ／后退、松 刀 ／紧刀阀的动作以及 换 刀动作 顺序 。主轴 的上 升 、下 降和定 位都是 由
Ｎ Ｃ系统 程序 控 制 的 。
（ ８ ）刀库向远离 主轴 中心位置侧平移如附图ｆ
所示 ，直 ￣ Ｊ Ｉ Ｐ Ｌ Ｃ 接 收 到 传 感 器Ａ发 出 的 反馈 确认 信
步。
斗
换取 ，根据 刀库选取的不同 ，换刀系统 的控制方式 也不同。加 工中心常用的刀库有斗笠式 、凸轮式、 链条式 等 ，斗笠式 刀库是加工中， Ｏｌ ： ｋ 较常见的一种 换刀装置 ，换 刀过程简单 ，体积小、安装方便 、易 于控制和维护等优点 ，因此在中小型加工 中心上得 到了广 泛的应用 。但对 刀库的定位要求高 ，而且在 换刀过 程中需要轴配合其动作 ，而Ｐ Ｌ Ｃ 是无法直接 参与数控轴的控制。基于Ｆ Ａ ＮＵＣ ０ ｉ ＭＤ数控 系统 利用ＮＣ 宏程序可以把轴控制与Ｐ ＭＣ 控制有机地结 合 ，它可以按一定的逻辑控制Ｐ Ｍｃ 和进给轴 ，从而 实现 包含轴移动的换 刀控制。在本文 中，笔者 结合
后 ，这 时 刀库 转 动 ， 当 目标 刀具 对 正 主 轴 正 下 方 时 ，主 轴 下 移 ，使 刀具 进 入主 轴 锥 孔 内 ，刀具 夹 紧 后 ，刀库 退 回原 来 的 位 置 ，换 刀结 束 。 刀库 具 体 动 作过程如下 ：
加工中心斗笠式刀库
• 斗笠式刀库的分度装置是利用了外啮合槽轮机构能把主动轴的匀速连续运动 转换为从动轴的周期性间歇运动原理设计的一种分度转位机构。斗笠式刀库 选刀时，首先由刀库回转电机得到旋转指令，输入轴通过联轴器带动定位法 兰旋转，从而使在定位法兰上的圆柱滚子回绕法兰中心转动；当圆柱滚子转 动一定角度，进入分度盘的分度槽中，拨动分度盘开始作转位运动；当分度 盘转过一定的角度后，圆柱滚子从分度槽中脱出，刀库鼓轮盘（分度盘通过 螺钉与刀库鼓轮连在一起转动见图1）即静止不动，并由定位法兰的锁止半轴 定位。
-
• 1.4 • 刀库平行向主轴位置移动。刀库刀具中心和主轴中心线在一条直线上时为换
刀位置，位置到达通过信号传感器（B）反馈信号到数控系统PLC进行确认。 • 1.5 • 主轴向下移动到刀具交换位置。一般刀具交换位置定义为Ｚ轴的第二参考点，
在此位置将当前主轴上的刀具还回到刀库中。 • 1.6 • 刀库抓刀确认后，主轴吹气松刀。机床在主轴部分安装松刀确认传感器
如果想得到k≥0.5的槽轮机构，则可在拨盘上多装几个圆销，设装有n个均匀 分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动n次。故运动系数是单圆柱销的n倍， 即:
k=n(1/2-1/z)
∵ k≤1 得：n≤2z/ (z -2)
槽数z 圆销数n 运动系数k
3 1~6 1/6~1
4 1~4 0.25~1-
5 、6 1~3 0.3~1
• 斗笠式刀库具有结构简单、成本低、易于控制和维护方便等特点，因此在中 小型加工中心上得到了广泛的应用。但是，在我们使用中发现，往往会出现 乱刀现象，从而又引起撞刀。这对数控车床安全和精度构成极大的危险。
-
• 斗笠式刀库的工作原理：
• 斗笠式刀库的换刀时间为5～7秒
加工中心刀库的种类及特点
加工中心刀库的种类及特点研究了这么久加工中心刀库的种类及特点，总算发现了一些门道。
加工中心的刀库啊，首先有斗笠式刀库，这名字听起来就很有趣。
这种刀库就像一个倒扣的斗笠一样。
它的特点呢，感觉比较简单直接，装刀数量不是很多，通常也就十几把到二十多把刀的样子。
我之前见过的一个小型加工中心就是用的斗笠式刀库，它换刀的时候就像是翻开斗笠挑刀一样，动作有点慢呢，每次看到我就在想，这要是加工一个很复杂需要频繁换刀的零件，得等好久啊。
还有圆盘式刀库，这个就比较常见啦。
它就像个大盘子，上面有好多刀位。
这种刀库装刀数量相对斗笠式能多一些，我看过有的能装几十把刀呢。
换刀速度比斗笠式的好多了，就像你在转盘上找东西，一下就转到要的那把刀跟前了。
例如在一些中型的机械加工车间，这种圆盘式刀库很受欢迎，加工那些不大也不小的零件，效率还挺高的。
另外，还有链式刀库。
这就像一条条链子把刀位串起来，它的特点是装刀数量特别多，可以装几十把甚至上百把呢。
我特别疑惑的是，这种刀库虽然装刀多，但是感觉结构会复杂些，会不会容易出问题啊不过我想，既然存在就有它的道理。
比如说在大型加工中心上加工大型复杂的零件，可能需要用到各种各样的刀具，这时候链式刀库的优势就体现出来了，不用老是停下来换刀，可以一直连续加工。
这里面我有个搞不太明白的地方，不同类型的刀库在换刀精度上到底是怎么保证的呢比如说圆盘式刀库转起来的时候，怎么就能精确地停在要取的那把刀的位置上呢这可能涉及到一些很精密的机械和电控系统吧。
再回来说说斗笠式刀库，虽然它装刀少换刀慢，但是对于一些加工精度要求不高，而且加工工序比较简单的小型加工项目来说，它的成本低这个优势就很明显了因为小企业或者小作坊加工一些简单的零件，能省一点是一点嘛。
还有啊，圆盘式刀库转起来的时候，是不是磨损会比较大呢我比较过两个用了不同年份的圆盘式刀库，感觉旧的那个转的时候有点卡卡的，不知道是不是因为磨损导致的同心度问题。
要是同心度不好，是不是换刀位置就不准了呢这得好好研究研究。
关于加工中心刀库的基本知识知识
关于加工中心刀库的基本知识知识The final revision was on November 23, 2020刀库-概述刀库刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置；其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库；改变了传统以人为主的生产方式。
藉由电脑程式的控制，可以完成各种不同的加工需求，如、、镗孔、等。
大幅缩短加工时程，降低生产成本；这是刀库系统的最大特点。
近年来刀库的发展已超越其为工具机配件的角色，在其特有的技术领域中发展出符合工具机高精度、高效能、高可靠度及多工复合等概念之产品。
其产品品质的优劣，关系到工具机的整体效能表现。
刀库-主要构件刀库主要是提供储刀位置，并能依程式的控制，正确选择刀具加以定位，以进行刀具交换；换刀机构则是执行刀具交换的动作。
刀库必须与换刀机构同时存在，若无刀库则加工所需刀具无法事先储备；若无换刀机构，则加工所需刀具无法自刀库依序更换，而失去降低非切削时间的目的。
此二者在功能及运用上相辅相成缺一不可。
刀库-分类刀库的容量、布局，针对不同的机，其形式也有所不同，根据刀库的容量、外型和取刀方式可概分为以下几种：1、斗笠式刀库一般只能存16~24把刀具，斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴移动。
当主轴上的刀具进入刀库的卡槽时，主轴向上移动脱离刀具，这时刀库转动。
当要换的刀具对正主轴正下方时主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，夹紧刀具后，刀库退回原来的位置。
2、圆盘式刀库圆盘式刀库通常应用在小型立式综合加工机上。
"圆盘刀库"一般俗称"盘式刀库"，以便和"斗笠式刀库"、"链条式刀库"相区分。
圆盘式的刀库容量不大，顶多二、三十把刀。
需搭配自动换刀机构ATC(AutoToolsChange)进行刀具交换。
3、链条式刀库链条式刀库的特点是可储放较多数量之刀具，一般都在20把以上，有些可储放120把以上。
加工中心不同刀库的换刀方法和指令
加工中心是拥有刀库和自动换刀装置的数控加工设备。
刀库的种类有很多种，换刀的方法及换刀指令的编写和执行也各不相同。
下面，就为大家总结一下几种常见刀库的换刀方式及其指令。
斗笠式刀库的换刀:斗笠式刀库大多采用固定地址换刀方式，刀具号与刀座号存在一一对应的关系。
斗笠式刀库的换刀动作是依靠刀库的横向移动与主轴的上下移动来实现的，这种方式简称为主轴换刀方式。
由于没有换刀机械手，所以选刀动作不能在换刀动作之前预选，而是将换刀指令与选刀指令编写在同一个程序段中，其指令格式为M06 TXX。
执行这个指令时，刀库首先找到指令中主轴上需要换下的刀号所对应的刀座，并将其转到换刀位置，使主轴上的刀具换回到刀座中。
接下来，刀库再找到指令中需要换上的刀具，将其转到换刀位置，并换上主轴。
因为不能预选刀具，这个指令如果将Tx x放在M06之前就是无效的，最终选刀的动作还是在执行M06时执行，如果M06后面没有Tx x，系统就会报错。
圆盘式和链式刀库的换刀:圆盘式刀库和链式刀库一般会采用随机地址的换刀方式，刀具号与刀座号并不是一一对应，而是随机的，但数控系统能够记忆其对应关系。
圆盘式和链式刀库采用机械手进行换刀，换刀前可以对新换上的刀具进行预选。
刀具指令Tx x控制刀库旋转，并将选中的刀具转至换刀工作位置，而换刀指令M06控制换刀机械手的动作，实现主轴刀具与刀库换刀位置处新旧两把刀具的交换。
圆盘式和链式刀库的选刀指令与换刀指令可以编写在同一个程序段，也可以分在不同程序段编写，因此选刀与换刀动作也可以一起执行或分开执行，其指令格式为TXXM06。
执行这个指令时，刀库首先将指令中要换上的刀具转到换刀位置，然后机械手将刀库刀具与主轴刀具交换。
了解了以上两种换刀方式，我们可以对比一下哪种更好。
结果显而易见，第二种换刀方法将选刀动作与加工动作重叠在一起，这样换刀时就不必选刀而直接换刀，使加工效率得到了提高。
不同机床厂家的不同规定:不同的机床生产厂家对于换刀方法、换刀指令及其执行方式也有不同的规定。
加工中心斗笠式刀库
槽轮机构（马尔它机构）
一、槽轮机构的组成及其工作特点 组成：带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮。 拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘 上的凸圆弧，起锁定作用。
拨盘 圆销
ω1
锁止弧
o1
工作过程：拨盘连续回转，当两锁止弧接触时， 槽轮静止；反之槽轮运动。
作用：将连续回转变换为间歇转动。
o2
槽轮
ω2
• •
• • • • • • • • •
1.4 刀库平行向主轴位置移动。刀库刀具中心和主轴中心线在一条直线上时为换 刀位置，位置到达通过信号传感器（B）反馈信号到数控系统PLC进行确认。 1.5 主轴向下移动到刀具交换位置。一般刀具交换位置定义为Ｚ轴的第二参考点， 在此位置将当前主轴上的刀具还回到刀库中。 1.6 刀库抓刀确认后，主轴吹气松刀。机床在主轴部分安装松刀确认传感器 （C），数控机床PLC接收到传感器Ｃ发送的反馈信号后，确认本步动作执行 完成，允许下一步动作 开始。 1.7 主轴抬起到Ｚ轴第一参考点位置。此操作目的是防止刀库转动时，刀库和主 轴发生干涉。 1.8 刀库旋转使能。数控系统发出刀库电机正/反转启动信号，启动刀库电机的转 动，找到指令要求更换的目标刀具，并使此刀具位置的中心与主轴中心在一 条直线上。
∴ 槽轮的槽数 z≥3
可知：当只有一个圆销时，k=1/2-1/z < 0.5 即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。 如果想得到k≥0.5的槽轮机构，则可在拨盘上多装几个圆销，设装有n个均匀 分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动n次。故运动系数是单圆柱销的n倍， 即:
k=n(1/2-1/z) ∵ k≤1 得：n≤2z/ (z -2)
• •
（3） 刀架定位刀架体7转动时带动着电刷座10转动，当转到程序指定的刀号时，粗 定位销15在弹簧力的作用下进入粗位盘6的槽中进行粗定位，同时电刷13接 触导体使电动机1翻转。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。
斗笠刀库解析
斗笠式刀库的动作过程斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴平行移动。
（1）还刀取下主轴上原有刀具，当主轴上的刀具进入刀库的卡槽时，主轴向上移动脱离刀具。
（2）抓刀刀库转动，当目标刀具位于主轴正下方时，主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，刀具夹紧后，刀库退回原来的位置，换刀结束。
斗笠式刀库换刀过程动作图PMC和NC程序的配合PMC在整个换刀过程中主要控制刀库的正反转、刀库的前进后退、松刀紧刀阀动作。
NC程序控制主轴的上升和下降、主轴定位。
N19 M99:9001 (参数6071)N1 IF[#1000EQ1]GOTO19 (T CODE=SP TOOL) T代码等于主轴刀号，结束N2 #199=#4003 ( G90/G91 MODLE)N3 #198=#4006 (G20/21 MDOLE) 保留之前的模态信息N4 IF[#1002EQ1]GOTO7 ( SP TOOL=0) 主轴无刀，直接抓刀N5 G21G91G30P2Z0M19 回第2参考点，M19定向，准备还刀N6 GOTO8N7 G21G91G28Z0M19 回第1参考点，M19定向，准备抓刀N8 M50 刀库准备好（使能）N9 M52 刀库靠近主轴N10 M53 松刀吹气N11 G91G28Z0 回第一参考点N12 IF[#1001EQ1]GOTO15 (T CODE=0) 如果指令T0，则无需抓刀N13 M54 刀盘旋转G04X3.0N14 G91G30P2Z0 回第二参考点N15 M55 刀具卡紧N16 M56 刀盘远离主轴N17 M51 旋转结束N18 G#199G#198 恢复模态M代码含义M50刀库旋转使能M51刀库旋转结束M52刀库向右（靠近主轴）M53松刀，吹气M54刀盘旋转M55刀具夹紧M56刀盘向左（远离主轴）宏变量定义宏程序中，利用#1000-#2000宏变量对应PMC信号G54的相应位，可直接和PMC 进行联系，极大的方便了处理。
大型刀库技术的发展情况浅析
大型刀库技术的发展情况浅析摘要：刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置。
其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库，改变了传统以人为主的生产方式。
借由电脑程序的控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、镗孔、攻牙等，大幅缩短加工时程，降低生产成本，这是刀库系统的最大特点。
近几年来，中国已成为世界机床第一消费大国，但国内生产数控机床的高性能部件主要依赖于进口，其中刀库产品，特别是大型、非标刀库产品在国内的研发生产远远满足不了市场的需要。
关键词：刀库技术国内国外发展1.国外及台湾地区刀库产品现状国外发达国家的企业，刀库普遍自制，如DMG、MAZAK、HASS等。
专业刀库制造主要集中在台湾，知名品牌有吉辅和德大等，它们均有20年以上的经验和技术。
目前，国内主要的刀库主机用户北京一机床、沈阳机床、大连机床、海天数控、汉川机床、桂林机床、昆明机床等企业加工中心的刀库主要由台湾厂家生产，全国60工位以上大型链式刀库的使用量在500台左右，目前在大陆销售的链条式刀库几乎全部是台湾品牌，尤其以吉辅和德大为代表，这两个厂家的链式刀库在中国市场占80%左右。
1.1.台湾吉辅：自1979年开始进入刀库领域，是最早的刀库专业制造厂家，已经成为亚洲地区的行业领先者，2009年该公司在大陆的营业额已接近1.3亿元人民币。
吉辅的链式刀库品种齐全，容刀数量从32把到120把，刀数不等，刀柄形式有BT、CAT、HSK等规格，如其典型刀库CAT50-120CH，刀库数量120把，最大抓刀重20Kg，换刀时间13sec。
台湾德大：是台湾目前最大的刀库专业生产厂，其生产品种繁多，如盘式、链式、斗笠式等，产品种类齐全，在台湾市场占有率约50%。
除了盘式、斗笠等常规刀库外，在链式刀库方面拥有32、40、60、90、120等多种规格，且适用于BT、CAT、HSK等刀柄。
1.2. 德国KTC公司：生产ATC90/HSK-A100K-GF-H刀库。
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链式、盘式、斗笠刀库
刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置；其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库；改变了传统以人为主的生产方式。
藉由电脑程式的控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、搪孔、攻牙等。
一、圆盘式刀库
圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从1编到12、18、20、24等，即为刀号地址。
操作者把一把刀具安装进某一刀位后，不管该刀具更换多少次，总是在该刀位内。
1. 制造成本低。
主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、上下运动主要选用气缸。
装配调整比较方便，维护简单。
一般机床制造厂家都能自制。
2. 每次机床开机后刀库必须“回零”，刀库在旋转时，只要挡
板靠近（距离为0.3mm左右）无触点开关，数控系统就默认为1号刀。
并以此为计数基准，“马氏机构”转过几次，当前就是几号刀。
只要机床不关机，当前刀号就被记忆。
刀具更换时，一般按最近距离旋转原则，刀号编号按逆时针方向，如果刀库数量是18，当前刀号位8，要换6号刀，按最近距离换刀原则，刀库是逆时针转。
如要换10号刀，刀库是顺时针转。
机床关机后刀具记忆清零。
3. 固定地址换刀刀库换刀时间比较长国内的机床一般要8秒以上（从一次切削到另一次切削）。
4. 圆盘式刀库的总刀具数量受限制，不宜过多，一般40#刀柄的不超过24把，50#的不超过20把，大型龙门机床也有把圆盘转变为链式结构，刀具数量多达60把。
)圆盘刀库。
如图7.1(b)-(g)所示，存刀量少则6把-8把，多则50把-60把，有多种形式。
图7.1(b)所示刀库，刀具径向布置，占有较大空间，一般置于机床立柱上端。
图7.1(c)所示刀库，刀具轴向布置，常置于主轴侧面，刀库轴心线可垂直放置，也可以水平放置，较多使用。
图7.1(d)所示刀库，刀具为伞状布置，多斜放于立柱上端。
为进一步扩充存刀量，有的机床使用多圈分布刀具的圆盘刀库(图7.1(e))，多层圆盘刀库(图7.1(f))和多排圆盘刀库(图7.1(g))。
多排圆盘刀库每排4把刀，可整排更换。
后三种刀库形式使用较少
二、链式刀库
链条式刀库的特点是可储放较多数量之刀具，一般都在20把以上，有些可储放120把以上。
它是藉由链条将要换的刀具传到指定位置，由机械手将刀具装到主轴上。
换刀动作均采用马达加机加工中心使用的刀库最常见的形式是圆盘式刀库和机械手换刀刀库。
机械手刀库特点
机械手刀库换刀是随机地址换刀。
每个刀套上无编号，它最大的优点是换刀迅速、可靠。
1、制造成本高。
刀库有一个个刀套链式组合起来，机械手换刀的动作有凸轮机构控制，零件的加工比较复杂。
装配调试也比较复杂，一般由专业厂家生产，机床制造商一般不自制。
2、刀号的计数原理。
与固定地址选刀一样，它也有基准刀号：1号刀。
但我们只能理解为1号刀套，而不是零件程序中的1号刀：T1。
系统中有一张刀具表。
它有两栏。
一栏是刀套号，一栏是对应刀套号的当前程序刀号。
假如我们编一个三把刀具的加工程序，刀具的放置起始是1号刀套装T1（1号刀），2号刀套装T2，3 号刀套装T3，我们知道当主轴上T1在加工时，T2刀即准备好，换刀后，T1换进2号刀套，同理，在T3加工时，T2就装在3号刀套里。
一个循环后，前一把刀具就安装到后一把刀具的刀套里。
数控系统对刀套号及刀具号的记忆是永久的，关机后再开机刀库不用“回零”即可恢复关机前的状态。
如果“回零”，那必须在刀具表中修改刀套号中相对应的刀
具号。
3、机械手刀库换刀时间一般为4秒（从一次切削到另一次切削）。
4、刀具数量一般比圆盘刀库多，常规有18、20、30、40、60等
5、刀库的凸轮箱要定期更换起润滑、冷却作用的齿轮油。
链式刀库是较常使用的形式(图7.1(h),(i))，常用的有单排链式刀库(图7.1(h))和加长链条的链式刀库(图7.1(i))。
（a）（b）（c）
（d）（e）（f）（g）
（h）（i）
（j）（k）。