刀库及换刀装置总结
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。
4.3刀库换刀装置的装调与维修解析
检修实例4: JCS-018A方式加工中心机械手失灵故障排除
故障现象：手臂旋转速度快慢不均匀，汽液转换器失油频率加快 ，机械手旋转不到位，手臂升降不动作，或手臂复位不灵。调整 SC-15节流阀配合手动调整，只能维持短时间正常运行，且排气 声音逐渐混浊，不象正常动作时清晰，最后到不能换刀。 故障分析： 1.手臂旋转75°抓主轴和刀套上的刀具，必须到位抓牢，才能下 降脱刀。动作到位后旋转180°换刀位置上升分别插刀，手臂再 复位、刀套上。75°、180°旋转，其动力传递是压缩空气源推 动气液转换器转换成液压油由电控程序指令控制。
数控机床机械系统装调与维修一体化教程
检修实例5：刀库互锁M03不能执行的故障排除 故障分析：现场观察刀库的动作过程，发现该刀库运动存在明显的冲击 ，在刀库到达后位时，存在振动现象。通过系统诊断功能，可以明显发 现刀库的“后位”信号有多次通断的情况。而程序中的“换刀完成”信 号(M06执行完成)为刀库的“后位到达”信号，当刀库后退时在第一次发 出到位信号后，系统就认为换刀已经完成，并开始执行S**M03指令。但 M03执行过程中(或执行完成后)，由于振动，刀库后位信号再次消失，引 起了主轴的互锁，从而出现了主轴停止转动而Z轴继续向下的现象。 故障处理：通过调节气动回路，使得刀库振动消除，并适当减少无触点 开关的检测距离，避免出现后位信号的多次通断现象。在以上调节不能 解决时，可以通过增加PLC程序中的延时或加工程序中的延时解决。
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刀库换刀装置常见故障诊断
在教师、工厂工程人员、数控机床的维修人员、数控机床的
安装调试人员的参与下，学生结合上网查询、图书馆查资料等手
段，总结刀库换刀装置常见故障诊断。 刀库及换刀机械手结构复杂，且在工作中又频繁运动，所以
刀库及换刀装置故障诊断与维修
确 保 装 到 位 ． 牢 靠 ． 检 查 刀 座 上 的 装 并 锁 紧装 置是 否可 靠 （ ） 常检 查 刀 库 的 回零 位 置 是 否 ４经 正确 ． 查 机床 主 轴 回换 刀 点 位置 是 否 检
到 位 ． 现 问 题 要 及 时 调 整 ． 则 不 能 发 否
卡 紧爪 弹簧压 力 过 小 ： 弹 簧后 面 的螺 或 母 松 动 ： 刀 具 超 重 ： 机 械 手 卡 紧锁 或 或
否 正 常 ：Ｌ 无 控 制 输 出 ． 可 能 是 接 口 ＰＣ
数 控 机 床 使 用 的 回转 刀 架 是 最 简 单 的 自动 换 刀 装 置 。 四方 刀 架 、 角 有 六 刀 架 ， 在 其 上 装 有 四把 、 把 或 更 多 即 六
的 刀 具 回 转 刀 架 必 须 具 有 良好 的 强 度
刀库及 换 刀装 置故 障诊 断与维修
周 瑜 飞
（ 南株 洲 职业技 术学 院 湖 南 株 洲 湖
摘
４ ３０ ） １ ０ ０
要 ： 明 了数 控 机床 刀库故 障诊 断的 理论 根 据 ； 出故 障诊 断与 维修 的基 本 方 法和 步骤 ； 通过 阐 指 并
精 选来 自一 线 的各类 典 型故 障 。 具体 详 细地介 绍 了故 障 的分析 与 处理过 程 。
板 中的 继 电器 失效 ：机械 连 接过 紧 ； 电
网电压 过低 刀库 转不 到位 的原 因可 能
有： 电动机 转 动故 障 ， 传动 机构 误差 。 （） ２ 刀套 不 能夹 紧刀 具 。原 因可 能 是 刀套 上 的调 整 螺钉 松 动 ．或 弹 簧 太 松 ． 成 卡紧 力不 足 ： 刀具超 重 。 造 或
关键 词 ： 库 ； 刀装 置 ； 刀机械 刀 换 换 中 图 分 类 号 ：Ｇ ５ Ｔ ６９ 文 献标 识码 ： Ａ
链式刀库自动换刀装置及其液压控制系统的设计与分析
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｔ ｏ ｏ ｌ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ
ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ｃ ｈ ａ ｉ ｎ ｍａ ｇ ａ ｚ ｉ ｎ ｅ
气 开关 监控 。液 压及 电气控 制 的 自动换 刀装 置换 刀 时
图 １ 自动换 刀装置结构 图
（ ４ ） 机 械手 交换 刀具— — １ ８ ０ 。 油缸 回转 ；
（ ５ ） 机 械手 插刀— — 插 、 拔 刀油 缸移 动 ； （ ６ ） 机 械手 松刀 、 离 开主轴 —— 抓刀 油缸 平移 ；
场， 液 压结 构 的 自动 换 刀装 置依 然 占有重 要地 位 。
（ ７ ） 机 械手 转至 待机 位—— 转臂 油缸 移动 。
＿ ＿ — —
１ 自动 换 刀 装 置 工 作 原 理
链 式刀 库 自动换 刀 装 置 （ 如图 １ 所示 ） 的 功 能 是
将 刀具 从刀 库 中取 出插人 主 轴锥 孔 中或把 刀具 从 主轴
上 取下 送 回 刀库 中 。当 主 轴 处 于 换 刀 位 置 时 ， 油缸 ４
将 动 换刀 装置 从 待 机位 置 转 到 与 主 轴 平 行 位 置 ， 由
Ｌ Ｉ Ｙ ｏ ｎ ｇ ｊ ｕ ｎ ， ｗＵ ｌ ｉ ， Ｆ Ａ Ｎ Ｃ ｈ ｕ ｎ ｈ ｏ ｎ ｇ ， ＷＡ Ｎ Ｇ Ｑ ｉ ｎ ｇ ｌ ｉ （ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｔ ｏ ｏ ｌ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ １ ４ １ ， Ｃ Ｈ Ｎ）
自动换刀装置的形式---回转刀架换刀
8.4.1 自动换刀装置的形式自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。
1．回转刀架换刀数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。
回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。
图8-17为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。
在加工轴类零件时，可以用四方回转刀架。
由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。
图8-17 数控车床六角回转刀架1－活塞2－刀架体3、7－齿轮4－齿圈5－空套齿轮6－活塞8－齿条9－固定插销10、11－推杆12－触头回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤：(1)刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。
同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。
(2)刀架转位当刀架抬起后，压力油从c孔进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过联接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。
通过端齿离合器使刀架转过60º。
活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6，并由限位开关控制。
(3)刀架压紧刀架转位之后，压力油从b孔进入压紧液压缸上腔，活塞1带动刀架体2下降。
齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9，利用活动插销10消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。
刀架体2下降时，定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧，同时齿轮3与齿圈4的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。
这时，端齿离合器与空套齿轮5脱开。
(4)转位液压缸复位刀架压紧之后，压力油从d孔进入转位液压缸的右腔，活塞6带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮3在轴上空转。
如果定位和夹紧动作正常，推杆11与相应的触头12接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。
自动换刀原理 -回复
自动换刀原理-回复自动换刀原理：提高生产效率的机械装置自动换刀是一种广泛应用于工业生产中的机械装置，它可以实现自动化的刀具更换，从而提高生产效率和降低人力成本。
本文将详细介绍自动换刀的原理和工作过程，以及它在不同行业和领域中的应用。
第一部分：自动换刀的基本原理自动换刀是通过机械装置和控制系统的配合实现的。
其中，机械装置包括刀库、刀臂、夹具等部件，控制系统则负责指挥机械装置的动作和刀具的更换。
1. 刀库：刀库是自动换刀系统存放刀具的地方。
它通常由多个刀位组成，可以同时容纳多个不同的刀具。
2. 刀臂：刀臂是连接刀库和主轴的组件，其上安装了夹具用于固定刀具。
刀臂能够在刀库和主轴之间移动，从而实现刀具的换取和送达。
3. 夹具：夹具是将刀具固定在刀臂上的装置。
它可以根据刀具的形状和尺寸进行调整，确保刀具在切削时的稳定性和准确性。
4. 控制系统：控制系统是自动换刀的核心部分，它可以通过编程和传感器的反馈实现对自动换刀过程的控制。
控制系统可以提前设定好刀具的使用顺序和换刀时机，实现切削过程中的自动换刀。
第二部分：自动换刀的工作过程自动换刀的工作过程可以分为几个步骤：刀具检测、刀具选取、刀具固定、刀具送达等。
1. 刀具检测：在自动换刀开始之前，系统首先会对刀库中的刀具进行检测。
这个过程主要通过传感器来实现，传感器可以检测刀具的类型、状态和位置等信息。
2. 刀具选取：根据刀具检测的结果，控制系统会选择合适的刀具进行换取。
通常情况下，控制系统会根据加工工艺和产品要求等因素进行判断，选择最为适合的刀具。
3. 刀具固定：选中刀具后，刀臂会移动到刀库中，将夹具固定在刀具上。
固定完成后，刀臂会将刀具从刀库中取出，并抬升到适当的高度。
4. 刀具送达：刀臂将固定好的刀具送达到主轴处。
主轴是切削过程的关键部分，它负责旋转刀具并实现切削操作。
5. 切削过程：在刀具送达到主轴处后，主轴开始旋转，刀具开始进行切削操作。
在切削过程中，控制系统会实时监测刀具的磨损情况，一旦刀具磨损超过设定的阈值，系统会自动发出换刀信号。
鼓轮式刀库及换刀装置
自动换刀过程
• 在上一工序加工完毕后 ，主轴在“准停”位置 由自动换刀装置换刀， 其过程如下: • 接到换刀指令→刀套下 转90° →机械手转75° 抓 刀→刀套松刀→拔刀→ 机械手转180° 换刀→插 刀→刀具夹紧→机械手 复位→刀套上转90° 。
快速选刀的实现原理
• 在刀库上安装位置检测装置。把刀具号和 刀套位置对应记忆在数控系统的PLC中，即 在系统中建立模拟刀号数据表，刀库回转 、刀具交换的同时每次改变存储器的内容 来控制自动换刀装置。
机械手驱动方式
• 机械手由液压缸驱动 ，根据工作条件和要 求选用单活塞杆双作 用液压缸，靠接近开 关检测位置。采用油 缸固定，活塞动的结 构形式。手臂的回转 动作，通过活塞的运 动带动齿条齿轮传动 来实现。机械手臂的 不同回转角度由活塞 的可调行程挡块来保 证。通过设计计算来 确定每个液压缸的行 程。
检测机械手位置 检测系统调取的刀号D(1)
D(0)=D(1)
D(0)与D(1)比较
D(0)<D(1)
D(0)>D(1) 动作 D(0)-D(1)=A A>X/2 换刀成功 鼓轮逆转 A与X/2比较
D(0)+X-D(1)=A
A≦X/2 鼓轮顺转
谢谢Leabharlann 设计关键• 刀库 • 机械手
• 刀库的功能是储存刀具，并且按程序指令 ，把即将要用的刀具迅速、准确地送到换 刀位置。 • 机械手是用来交换柱主轴与刀库中刀具的 装置。
鼓轮式刀库
• 这种刀库结构简单，为了 增加刀库空间利用率，可 采用双环或多环排列的刀 具的形式。但刀盘直径越 大，转动惯量就增加，选 刀时间也就越长。适用于 刀库容量较少的中小型加 工中心，一般不超过32把 刀具。
自动换刀装置详细介绍
自动换刀装置详细介绍第一篇：自动换刀装置详细介绍加工中心的主要技术参数包括工作台面积、各坐标轴行程、摆角范围、主轴转速范围、切削进给速度范围、刀库容量、换刀时间、定位精度、重复定位精度等自动换刀装置加工中心上的自动换刀装置由刀库和刀具交换装置组成，用于交换主轴与刀库中的刀具或工具。
一、对自动换刀装置的要求加工中心对自动换刀装置有如下具体要求：1、刀库容量适当2、换刀时间短3、换刀空间小4、动作可靠、使用稳定5、刀具重复定位精度高6、刀具识别准确二、刀库在加工中心上使用的刀库主要有两种，一种是盘式刀库，一种是链式刀库。
盘式刀库装刀容量相对较小，一般在1～24 把刀具，主要适用于小型加工中心；链式刀库装刀容量大，一般在1～100 把刀具，主要适用于大中型加工中心。
换刀方式三、加工中心的换刀方式一般有两种：机械手换刀和主轴换刀。
1、机械手换刀由刀库选刀，再由机械手完成换刀动作，这是加工中心普遍采用的形式。
机床结构不同，机械手的形式及动作均不一样。
2、主轴换刀通过刀库和主轴箱的配合动作来完成换刀，适用于刀库中刀具位置与主轴上刀具位置一致的情况。
一般是采用把盘式刀库设置在主轴箱可以运动到的位置，或整个刀库能移动到主轴箱可以到达的位置。
换刀时，主轴运动到刀库上的换刀位置，由主轴直接取走或放回刀具。
多用于采用 40 号以下刀柄的中小型加工中心。
四、刀具识别方法加工中心刀库中有多把刀具，如何从刀库中调出所需刀具，就必须对刀具进行识别，刀具识别的方法有两种。
1、刀座编码在刀库的刀座上编有号码，在装刀之前，首先对刀库进行重整设定，设定完后，就变成了刀具号和刀座号一致的情况，此时一号刀座对应的就是一号刀具，经过换刀之后，一号刀具并不一定放到一号刀座中（刀库采用就近放刀原则），此时数控系统自动记忆一号刀具放到了几号刀座中，数控系统采用循环记忆方式。
2、刀柄编码识别传感器在刀柄上编有号码，将刀具号首先与刀柄号对应起来，把刀具装在刀柄上，再装入刀库，在刀库上有刀柄感应器，当需要的刀具从刀库中转到装有感应器的位置时，被感应到后，从刀库中调出交换到主轴上。
说明JCS-018型自动换刀装置的结构组成、功能及特点。
说明JCS-018型自动换刀装置的结构组成、功能及特点。
JCS018型自动换刀装置是一种用于机床上刀具的自动更换设备。
它由一系列组件和部件组成，具有多项功能和特点。
下面将一步一步解释JCS018型自动换刀装置的结构组成、功能及特点。
一、结构组成JCS018型自动换刀装置主要由以下几个组件和部件组成：1. 刀库：刀库是储存刀具的地方，通常由多个刀位组成，每个刀位可以放置一个刀具。
刀库通常位于机床的侧面，便于操作和维护。
2. 刀臂：刀臂是用于夹持和释放刀具的组件。
刀臂可以通过气动或液压系统来控制其动作，使其能够夹持和释放刀具。
3. 刀夹：刀夹是用于夹住刀具的夹具。
刀夹通常由两个夹爪组成，可以根据需要夹持不同规格的刀具。
4. 刀具传感器：刀具传感器用于检测刀具是否安装在刀臂上。
一旦刀具安装完毕，传感器会发送信号给控制系统，以便进行后续操作。
5. 升降装置：升降装置用于将刀具从刀库中抬起，并将其送入机床的刀位。
升降装置可以根据需要进行调节，以适应不同刀具的高度。
6. 控制系统：控制系统是整个自动换刀装置的大脑，它接收刀具传感器的信号，并按照预设的程序进行操作。
控制系统通常由PLC或CNC控制器组成，具有较高的自动化程度。
二、功能JCS018型自动换刀装置具有多项功能，主要包括以下几个方面：1. 自动换刀：JCS018型自动换刀装置能够在机床加工过程中自动完成换刀操作，无需工人手动干预。
它可以将刀具从刀库中取出，并将其送入机床的刀位，实现切削工具的自动更换。
2. 快速换刀：JCS018型自动换刀装置具有快速换刀的特点。
它能够在短时间内完成刀具的换装，并保证刀具的定位精度和稳定性，提高机床的加工效率。
3. 多刀位切换：JCS018型自动换刀装置具有多个刀位，可以同时储存多个不同规格的刀具。
它能够根据加工需求，快速切换不同的刀具，以适应不同的加工任务。
4. 刀具保护：JCS018型自动换刀装置能够对刀具进行有效的保护。
三种自动换刀装置常见于型材加工中心
三种自动换刀装置常见于型材加工中心型材加工中心的自动刀具更换系统由刀库和自动刀具更换装置组成。
自动刀具更换系统有两个优点：一是主轴箱内只保留一个主轴，有利于简化主轴结构，提高主轴刚度；二是存放大量不同类型和功能的刀具，便于完成各种复杂多步的加工程序。
因此，自动刀具更换系统是区分数控机床和数控加工中心的重要标志。
型材加工中心自动换刀系统中的自动换刀装置主要分为三种类型：直接换刀、机械手换刀和转塔头。
我们一一介绍直接换刀所谓直接换刀，是指换刀过程由刀库与主轴箱配合完成，顾名思义，这是直接的换刀方式。
根据换刀过程中刀库是否有位移，直接换刀可分为刀库位移和刀库固定两种方式。
在刀库位移方式中，刀库可以移动。
换刀前，刀库进入换刀工作区，换刀后退出该区域。
由于刀库运动较多，布局精致，灵活性和适应性差。
在刀库的固定模式下，刀主要通过主轴箱的移动进行选择。
刀库可以保持静止，也可以只旋转位置。
前者只能有序选择刀具，适用于刀具数量较少的数控加工中心，后者可以实现转位选择刀具。
这种刀具选择减少了刀库的移动，可以大大简化刀库的设计结构，控制刀具更换过程简单可靠。
机械手换刀所谓机械手换刀方式，是指机械手在换刀时操作，负责在刀库和主轴之间传输刀具，将所需的刀具推到主轴上，然后将更换的刀具送回刀库。
虽然这种换刀方式不像以前那么直接，但它避免了刀库和主轴移动换刀，而是由机械手取代。
这降低了机械元件的运动范围，更快地完成换刀，设计布局更灵活，因此广泛应用于大多数型材加工中心。
如果每个刀具都用自己独立的机械手切换，则称为专用换刀机械手；相反，更多的刀具使用公共机械手切换，称为公共换刀机械手方式。
后者有三种类型：换刀机械手、双手换刀机械手和刀具传输机械手。
转塔头方式转动塔头的方法是通过砖塔的旋转将所需的刀具移动到相应的位置。
一般是顺序换刀，结构紧凑，换刀时间短，一般用于加工曲轴等细工件，需要完成多个工序。
塔式自动换刀装置分为塔式刀架换刀和砖塔主轴头换刀两种方式。
数控机床的自动换刀装置
01
02
03
04
提升换刀速度
通过改进换刀机构和优化换刀 程序，缩短换刀时间，提高生
产效率。
提高刀具定位精度
采用高精度传感器和优化算法 ，确保刀具快速、准确地安装
到机床主轴上。
加强刀具管理
建立完善的刀具管理系统，实 现刀具的快速识别、选择和调
度，提高生产效率。
降低故障率
加强设备维护和保养，定期检 查自动换刀装置的各部件，确
数控机床自动换刀装置 的类型与结构
回转刀架式自动换刀装置
总结词
结构简单、操作方便、换刀时间短
详细描述
回转刀架式自动换刀装置通常由刀架、定位销、转位机构等组成，通过电机驱 动刀架旋转，实现刀具的快速更换。这种装置结构简单，操作方便，换刀时间 短，适用于中小型数控机床。
转塔式自动换刀装置
总结词
换刀速度快、刀具容量大、精度高
详细描述
转塔式自动换刀装置由主轴和多个刀套组成，通过旋转塔体来更换刀具。这种装 置换刀速度快，刀具容量大，精度高，适用于大型数控机床。
机械手式自动换刀装置
总结词
自动化程度高、灵活性好、适应性强
详细描述
机械手式自动换刀装置由机械手、夹爪、传动机构等组成，通过机械手的伸缩、旋转和升降等动作来更换刀具。 这种装置自动化程度高，灵活性好，适应性强，适用于各种类型的数控机床。
数控机床的自动换刀 装置
目录
• 数控机床自动换刀装置概述 • 数控机床自动换刀装置的工作原理 • 数控机床自动换刀装置的类型与结构 • 数控机床自动换刀装置的应用与优化
01
数控机床自动换刀装置 概述
定义与特点
定义
数控机床的自动换刀装置是指在 加工过程中能够自动更换刀具的 装置，是数控机床的重要组成部 分。详细描述
加工中心自动换刀装置结构
加工中心自动换刀装置结构
加工中心自动换刀装置是现代数控机床的重要组成部分，其结构主要由刀库、刀杆、刀座、换刀机构、信号传感器等部分组成。
刀库是自动换刀装置的存储器，可容纳数个刀柄，常用的有圆弧式、直线式和旋转式等多种形式，不同形式的刀库在结构上有所差异，但其本质作用是一样的。
刀杆则是将刀具从刀库中取出，并传递给刀座的部分，其材料通常为高强度合金钢，具有较高的刚性和耐磨性。
刀座是刀具的支撑部件，其主要作用是将刀具固定在数控机床工作台上，并通过数控机床的指令精确控制其移动和加工路径。
换刀机构是自动换刀装置的核心部件，其结构复杂，包括电机、减速器、传动链、传动装置等多个组成部分，其作用是控制刀杆的升降和前后移动，使刀具能够准确地进入刀座并完成换刀操作。
信号传感器则是自动换刀装置的辅助部件，其作用是通过检测刀具的位置和状态等信息，向数控机床发出信号，控制换刀机构的运行。
总之，加工中心自动换刀装置是一项高度自动化的技术，其结构复杂，涉及到多个专业领域，对机械加工工艺和设备性能提出了高要求。
- 1 -。
数控机床自动换刀装置及其控制研究
数控机床自动换刀装置及其控制研究一、本文概述随着现代制造业的飞速发展，数控机床作为重要的加工设备，其自动化、智能化水平的高低直接决定了生产效率与加工质量。
自动换刀装置（Automatic Tool Changer, ATC）作为数控机床的关键组成部分，其性能直接影响到机床的加工效率与灵活性。
本文旨在对数控机床自动换刀装置及其控制进行深入的研究，探讨其结构特点、工作原理、控制策略以及优化方法，以期为提高数控机床的整体性能提供理论支持和实践指导。
文章首先对数控机床自动换刀装置的基本概念和分类进行介绍，明确研究对象和范围。
接着，分析不同类型自动换刀装置的结构特点和工作原理，包括刀库类型、换刀方式、换刀时间等关键因素。
在此基础上，研究自动换刀装置的控制策略，包括换刀过程的控制逻辑、运动轨迹规划、故障检测与处理等。
同时，结合实际应用案例，探讨自动换刀装置在实际生产中的性能表现及优化空间。
文章对数控机床自动换刀装置的发展趋势进行展望，提出未来研究方向和建议。
通过本文的研究，旨在为数控机床自动换刀装置的设计、制造和应用提供有益的参考和借鉴，推动现代制造业的持续发展。
二、数控机床自动换刀装置概述随着制造业的快速发展，数控机床作为高精度、高效率的加工设备，其应用越来越广泛。
在数控机床中，自动换刀装置（Automatic Tool Changer，简称ATC）是一项关键技术，它能够在加工过程中自动更换刀具，从而大幅提高加工效率。
本章节将对数控机床自动换刀装置进行概述，包括其工作原理、主要类型以及发展趋势。
工作原理：自动换刀装置主要通过刀库和换刀机构两部分实现刀具的自动更换。
刀库负责存储多把刀具，而换刀机构则负责在需要时从刀库中选取合适的刀具，并将其安装到主轴上。
整个换刀过程由数控系统控制，确保换刀过程精确、快速。
主要类型：根据换刀方式和结构特点，自动换刀装置可以分为多种类型，如转塔式、盘式、链式等。
转塔式换刀装置通过旋转转塔来选取刀具，结构紧凑但刀具容量有限盘式换刀装置利用旋转刀盘进行刀具更换，刀具容量较大链式换刀装置则通过链条或传送带将刀具输送到指定位置，适用于大型数控机床。
自动换刀装置
一、盘形刀库
图2-39圆盘刀库
二、链式刀库
.3 刀具的选择
一、顺序选择刀具 二、任意选择刀具
1.4 换刀装置
数控机床的自动换刀装置中，由刀具交换装置实现刀库与机床 主轴之间传递和装卸刀具。换刀装置直接影响换刀响应时间和 换刀方式，进而影响到机床的生产率，刀具的交换装置主要有 两类：无机械手换刀、机械手换刀。
自动换刀装置
1.1 换刀方式 一、回转刀架换刀 二、更换主轴头换刀 三、带刀库的自动换刀
1.2 刀库
刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局及具 体结构对数控机床的总体设计有很大影响。刀库容量指刀库存 放刀具的数量，一般根据加工工艺要求而定。刀库容量小，不 能满足加工需要；容量过大，又会使刀库尺寸大，占地面积大， 选刀过程时间长，且刀库利用率低，结构过于复杂，造成很大 浪费。常见的刀库形式有三种：盘形刀库，链式刀库，鼓轮式 或格子箱刀库。
一、无机械手换刀装置
图3-41数控立加工中心
二、有机械手换刀装置
图3-42常见的机械手形式
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自动换刀装置的常见故障与维护
❖ 自动换刀装置的常见故障有： ❖ 1.刀库运动故障， ❖ 2.定位误差过大， ❖ 3.机械手夹持刀柄不稳定， ❖ 4.机械动作误差过大等。
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。
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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。
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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。
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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。 它是由链条将要换的刀 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。
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2. 自动换刀系统
❖ 自动换刀系统是CNC工具机的重要组成部分，主要 是将加工所需刀具，从刀库中传送到主轴夹持机构 上。
❖ 刀具夹持元件的结构特性及其与工具机主轴的联结 方式，将直接影响工具机的加工性能。刀库结构形 式及刀具交换装置的工作方式，则会影响工具机的 换刀效率。自动换刀系统本身及相关结构的复杂程 度，又会对整机的成本产生直接影响。
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自动换刀装置常见故障的诊断与排除
❖ 对于机械、液压(或气动)方面的故障，主要应重 视对现场设备操作人员的调查，故障的判断由于 ATC装置是由PLC可编程序控制器通过应答信号控制 的，因此大多数故障出现在反馈环节(电路或反馈 元件)上。需通过电路分析与信号一动作—定位一 限位等有关环节的综合分析来判断故障所在，故难 度较大。
加工性能
生产成本
换刀效率
“三个影响” 生产成本
❖ 数控工具机的自动换刀系统大概分为1.油压机构2.气压机 构3.电气式凸轮机构。在不断追求速度及可靠性提升的数控 工具机市场，凸轮式换刀机构就广泛的被采用。此设计只用 一个驱动马达就可完成复杂的换刀动作，快速确实，除了换 油外没有其他消耗零件及保养需求，故障率最少，寿命超过 百万次以上。
1. 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。两者关系:刀库来自同相时
辅
存
相
在
成
换刀机构
目前状况：
❖ 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。
刀库的故障
❖ (1)刀库不能转动或转动不到位,刀库不能转动的可 能原因有：①联接电动机轴与蜗杆轴的联轴器松动； ②变频器故障，应查变频器的输入输出电压正常与 否；③PLC无控制输出，可能是接口板中的继电器 失效；④机械连接过紧或黄油粘涩；⑤电网电压过 低 ( 不 应 低 于 370V) 。 刀库转动不到位的可能原因有：电机转动故障， 传动机构误差。
3.4 刀库及换刀装置
1、简述数控机床导轨的基本要求？
答：三高“高导向精度”、“高刚度”、“耐磨 性” 两不“不振动” ﹑“不爬行”。
2、目前数控机床常用的导轨主要有哪三种？
答：塑料滑动导轨、滚动导轨和液体静压导轨。
3.4.1结构特点
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。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、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。
分类：
❖ 刀库的容量、布局，针对不同的工具机，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 2、 圆盘式刀库 3、链条式刀库
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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。
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圆盘式刀库特点
❖ 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、刀号的计数原理。一般在换刀位安装一个无触点开关，
1号刀位上安装挡板。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，
❖ (2)刀套不能夹紧刀具 可能原因是刀套上的调整 螺母松动，或弹簧太松，造成卡紧力超重，刀具超 重。
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❖ (3)刀套上下不到位 可能原因是装置调 整不当或加工误差过大而造成拨叉位置 不正确；因限位开关安装不准或调整不 当而造成反馈信号错误。
❖ (4)刀套不能拆卸或停留一段时间才能拆 卸 应检查操纵刀套上下的气缸、气阀 是否松动，气压足不足，刀套的转动轴 锈蚀等。