数控机床ATC 换刀机构
加工中心ATC机构换刀故障维修案例（21）例
加⼯中⼼ATC机构换⼑故障维修案例（21）例案例⼀：故障内容: ATC ⼿臂旋转有磨擦异⾳,且有时会卡住⽆法转动。
机床类型:加⼯中⼼机床⼚家:台中精机机床型号: V-80机床系统: 0M-C问题点： (说明顾客抱怨状况及服务⼈员实际发现状况)ATC ⼿臂旋转有磨擦异⾳,且有时会卡住⽆法转动。
初步判断： (列举所有可能故障之原因分析)1. ATC 内部齿轮⼲涉。
2. ATC 内部培林损坏。
3.ATC 马达损坏。
4.其他部位缺油⼲涉。
检修过程：1.拆开 ATC前钣⾦,以⼿电筒查看齿轮有⽆⼲涉(以⼿握住⼿臂,左右移动,⼀般间隙为 3mm 左右,若⼩于 2mm 时,可能因偏⼼环调整过量,将偏⼼量调⼩即可)。
查看后⽆⼲涉。
2.查看培林是否损坏。
(⼀般培林若损坏,可能红⾊⽜油会变⿊,滚针培林可能外环会有裂痕,滚针跑出),检查后培林⽆损坏。
3.ATC 马达是否故障。
(检查时将 ATC 马达拆下,电线部份不拆,试运转看是否顺畅),检查后 ATC 马达正常。
4.查看⼤凸轮轨道与上下摇臂之 NT-6013滚针培林是否因缺少红⾊⽜油⽽产⽣⼲涉,颜⾊变为黄棕⾊(烧焦现象),以红⾊黄油涂于⼤凸轮轨道上,再试换⼑,即消除故障。
以上检修过程,最终乃因⼤凸轮与 NT-6013 滚针培林缺黄油⽽产⽣故障。
参阅书籍、⼿册或资深⼈员指导事项V65/80 PARTS LIST案例⼆：故障内容: ATC ⼿臂旋转⼲涉异⾳,且⽆法上下动作。
机床类型:加⼯中⼼机床⼚家:台中精机机床型号: V-80机床系统: 0M-C问题点： (说明顾客抱怨状况及服务⼈员实际发现状况)ATC ⼿臂旋转⼲涉异⾳,且⽆法上下动作。
初步判断： (列举所有可能故障之原因分析)1. ATC 之偏⼼环是否调整过量。
2. .ATC 内齿轮是否⼲涉。
3.ATC 内部培林是否损坏。
4.其他零件是否有异常现像。
检修过程：1.检查 ATC偏⼼环调整量,⼀般是以 ATC⼿臂左右移动间隙为 3mm 左右为基准,若间隙太⼩时,⼿臂旋转时会⼲涉。
ATC自动换刀点的设置
ATC自动换刀点的设置2012年2月8日自动换刀系统简称ATC（Automatic tool change），是加工中心的重要部件，刀具的交换通过机械手、刀库及机床主轴的协调动作共同完成。
加工中心在使用时，由于更换Z轴伺服电机，反馈电缆，以及电池电压过低，会导致参考点丢失，从而使ATC换刀点位置发生变化，在自动换刀时会造成事故，这时就需要重新设置换刀点。
以FANUC 0i数控系统为例，详述操作步骤如下：1.正向移动Z轴，使主轴端面高于换刀臂（机械手）平面一定距离；2.执行M19主轴定位；3.使用无拉丁的刀柄安装于换刀臂上；4.手动旋转换刀机构电动机，使换刀臂转到正确换刀角度，即，主轴装刀拔刀位置；5.使用手摇脉冲发生器，向下负向移动Z轴，至刀柄完全插入主轴孔内。
注意：在主轴没有完全插入刀柄时，观察主轴定位块是否与刀柄定位缺口对齐，如果定位角度有偏移，需要调整参数#4077主轴定向停止点。
在MDI方式执行一次M19，打开诊断参数，找到#445主轴的位置数据，手动使主轴定位块与刀柄定位缺口对齐，当主轴定位对齐后，把当前数据值写入参数#4077即可。
6.按 显示位置显示画面，按软键【相对】→【起源】→【所有轴】，相对坐标当前位置即被复位为0；7.在MDI方式，按 功能键，显示设定画面，把第一行写参数设置为1，如图；8.按 显示系统功能键，按软件【参数】，找到参数1241第二参考点在机械坐标系中的坐标值，比如该值为-50.00。
如该值为0，直接进入第10项。
9.用手摇脉冲发生器向上正向移动Z轴，位置显示画面的坐标值显示为50.00停止；10.按 显示系统功能键，按软件【参数】，找到参数1815，把第#4设定为1，如下：#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0 1815 0 0 1 1 0 0 0 0 11.关机，重新启动系统，参考点设定完成后，换刀点也就正确了。
12.在MDI方式，按 功能键，显示设定画面，把第一行写参数设置为0，关闭写参数。
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。
第2章自动换刀装置
➢ 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
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。
数控加工中心自动换刀系统的研究
数控加工中心自动换刀系统的研究郑新武;章明众;李春木;李寅;陈永明【摘要】自动换刀系统( ATC)包括刀库机构、换刀机构以及控制系统3个部分,是加工中心的重要组件之一.为了解决数控加工中心自动换刀速度慢、稳定性低及控制系统编程复杂等问题,将一种软件式内置PLC技术应用于自动换刀系统中.在分析自动换刀系统的基本结构、工作原理以及研究圆盘刀臂式自动换刀系统的控制流程的基础上,结合ServoWorksCNC技术,开发了适用于各种自动换刀机构的PLC程序以及宏程序.最后,将所开发的控制系统应用于YY-1060立式加工中心,其在4s～6s内可完成整个换刀过程.研究结果表明,换刀过程快捷、准确、可靠,完全能够满足使用的要求.%The automatic tool changer(ATC),which includes a magazine,a tool changer and a control system,is one of the key components of the machining center (MC). General issues of theATC,however,are its slowness and low stability during tool changes and the complexity of control system programming. To solve those problems,one type of software and its internal PLC technology were investigated. Based on an analysis of the fundamental structure and operating principle of the ATC system and a research of the control procedure of the "disc with arm"-type ATC, the PLC program and macro programs combined with Servo Works CNC technology were developed. Finally, it was shown that the newly designed control system can complete the whole process of changing tools in 4 to 6 seconds on the YY-1060 vertical MC. The results indicate that the process is rapid, accurate and reliable enough to completely meet the practical requirements.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2011(028)012【总页数】4页(P1457-1460)【关键词】加工中心;自动换刀;可编程逻辑控制器【作者】郑新武;章明众;李春木;李寅;陈永明【作者单位】厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】TG71;TH39;TD2730 引言利用刀库（MAG）实现自动换刀是目前加工中心大量使用的换刀方式，独立的刀库大大增加了刀具的存储数量，有利于扩大机床的功能，并能较好地隔离各种影响加工精度因素的干扰[1]。
ATC换刀机构动作过程
立式加工中心ATC换刀机构使用变频调速的方案苏州金澄精密铸造有限公司冯善亮目前我公司有几台立式加工中心在换刀的过程中频繁出现“掉刀和主轴没有完全抓住刀柄”现象，经仔细观察，掉刀发生在运刀的过程中也就是180度旋转的过程中。
检查后发现卡刀的舌头和弹簧均没有太大的问题，后经过分析因为我们的加工产品多是腔型工件，所以刀具的长度和重量都比较大。
在旋转的过程中由于速度较快和动力的影响，刀具在换刀臂上晃动比较大，所以很多时候不能准确的插入主轴和刀套。
所以会发生主轴抓刀不到位和掉刀现象，由于更换换刀臂的成本较高，均衡利益之后我们准备采用变频调速的方法使换刀臂在换刀的过程中速度变慢，尽量的在旋转过程中减少刀具的晃动，同时还能够使刀具准确的插入主轴和刀套中。
加工中心原来的换刀机构和刀库电路图如下换刀动作过程分析：在换刀过程中换刀臂始终是一个方向旋转，只有维修模式的时候允许换刀臂反转使换刀臂返回原点，而刀库在选刀的过程中根据PMC程序“就近原则’会自动的选择刀库正转或者反转。
根据电路图纸分析KM3和KM4是控制换刀臂电机和刀库电机旋转的两个接触器，但是这两个接触器不进行换向，如果电动机需要反转是通过KM1和KM2换向的，也就是KM1和KM3同时吸合时换刀臂电机正转，KM2和KM3吸合时换刀臂电机反转。
KM2和KM3同时吸合时换刀臂电机反转，KM2和KM4同时吸合时刀库反转，在控制电路和梯形图中实现程序和硬件互锁，避免换刀臂和刀库电机同时动作，该电路通四个接触器巧妙的配合来完成整个换刀过程，由于在调速过程中刀库的速度不需要调整，所以刀库部分电路不做任何更改。
而换刀臂的电路更改之后如下电路通过原来的接触器的辅助控制常开触点来控制变频器的正转与反转，。
同时用变频器将工频50HZ的交流电降低以此来降低电机的工作频率。
防止在换刀过程中掉刀和插刀不到位等故障的发生。
13. FANUC圆盘刀库——PMC换刀详解.
加工中心机床圆盘式刀库发那科系统PMC的编程技术安庆长谷川数控机床有限公司 雷晓鹏北京发那科机电有限公司 胡 年自动换刀机构（ATC）是数控机床易发生故障的地方。
本文介绍PMC的编程思路和方法，供大家讨论。
此程序自2004年始已在数百台加工中心运用。
一、基本规则1、刀具在D0000到D0032登录。
D0000登录主轴刀具号，D0001到D0032登录刀套内刀具号，在此假定刀库容量为32把刀。
2、执行T码时,刀库中T码刀具旋转到换刀口位置，在刀库旋转过程中，程序自动加工运行不中断，称之为预选刀。
3、M6执行换刀过程，执行前，Z轴必须回第一参考点，即 G91 G28 Z0或 M19 G91 G28 Z0。
4、允许的大径刀（如面铣刀）直径不容许超过普通刀具（以下简称：小径刀）最大直径的二倍，否则大径刀之间随机交换会撞刀。
刀具重量不能超过刀库容许重量。
大径刀刀具号设定规则：大径刀的相临两侧刀套内必须为空，空刀套的刀具号自动设定为99（也可设定其他数字，PMC识别为空刀）。
D100内设定大径刀个数，小径刀刀具号必须大于大径刀个数乘2加1。
初始设定主轴刀具号D0000必须是小径刀刀具号。
5、大径刀具交换规则：小径刀可放进大径刀刀套内，大径刀不可放进小径刀刀套内。
主轴小径刀与刀库小径刀交换，一次性换刀；主轴大径刀与刀库大径刀交换，一次性换刀；主轴小径刀与刀库大径刀交换，一次性换刀，小径刀放进大径刀刀杯套内；主轴大径刀与刀库小径刀交换， 第一次将原大径刀刀套内的小径刀换到主轴上，第二次再进行小径刀之间的交换。
以上交换规则PMC自动识别换刀。
6、在刀库运行中发生停电等故障，具备中断点记忆和用按键操作恢复功能。
有完善的电机保护和报警操作提示。
7、以上自动刀具交换（ATC）动作本文介绍的都用PMC完成，读者也可用宏程序和PMC结合编程实现。
二、PMC程序框图三、详细介绍刀库盘旋转部分PMC程序和说明1、准备工作自动换刀部分反馈信号：R30.0=1 主轴抓刀反馈；R30.1=1 主轴松刀反馈，延迟0.2秒是消除信号反馈传感器安装误差，其它信号反馈延迟道理相同；R30.2=1 刀杯上（水平位置）信号反馈；R30.3=1 刀杯下（刀具垂直向下位置）信号反馈。
FANUC刀库换刀——详解.
加工中心机床圆盘式刀库发那科系统PMC的编程技术安庆长谷川数控机床有限公司 雷晓鹏北京发那科机电有限公司 胡 年自动换刀机构（ATC）是数控机床易发生故障的地方。
本文介绍PMC的编程思路和方法，供大家讨论。
此程序自2004年始已在数百台加工中心运用。
一、基本规则1、刀具在D0000到D0032登录。
D0000登录主轴刀具号，D0001到D0032登录刀套内刀具号，在此假定刀库容量为32把刀。
2、执行T码时,刀库中T码刀具旋转到换刀口位置，在刀库旋转过程中，程序自动加工运行不中断，称之为预选刀。
3、M6执行换刀过程，执行前，Z轴必须回第一参考点，即 G91 G28 Z0或 M19 G91 G28 Z0。
4、允许的大径刀（如面铣刀）直径不容许超过普通刀具（以下简称：小径刀）最大直径的二倍，否则大径刀之间随机交换会撞刀。
刀具重量不能超过刀库容许重量。
大径刀刀具号设定规则：大径刀的相临两侧刀套内必须为空，空刀套的刀具号自动设定为99（也可设定其他数字，PMC识别为空刀）。
D100内设定大径刀个数，小径刀刀具号必须大于大径刀个数乘2加1。
初始设定主轴刀具号D0000必须是小径刀刀具号。
5、大径刀具交换规则：小径刀可放进大径刀刀套内，大径刀不可放进小径刀刀套内。
主轴小径刀与刀库小径刀交换，一次性换刀；主轴大径刀与刀库大径刀交换，一次性换刀；主轴小径刀与刀库大径刀交换，一次性换刀，小径刀放进大径刀刀杯套内；主轴大径刀与刀库小径刀交换， 第一次将原大径刀刀套内的小径刀换到主轴上，第二次再进行小径刀之间的交换。
以上交换规则PMC自动识别换刀。
6、在刀库运行中发生停电等故障，具备中断点记忆和用按键操作恢复功能。
有完善的电机保护和报警操作提示。
7、以上自动刀具交换（ATC）动作本文介绍的都用PMC完成，读者也可用宏程序和PMC结合编程实现。
二、PMC程序框图三、详细介绍刀库盘旋转部分PMC程序和说明1、准备工作自动换刀部分反馈信号：R30.0=1 主轴抓刀反馈；R30.1=1 主轴松刀反馈，延迟0.2秒是消除信号反馈传感器安装误差，其它信号反馈延迟道理相同；R30.2=1 刀杯上（水平位置）信号反馈；R30.3=1 刀杯下（刀具垂直向下位置）信号反馈。
自动换刀装置及其控制的研究
自动换刀装置及其控制的研究一、本文概述随着现代制造业的快速发展，数控机床作为其核心设备，其性能与效率的提升对于整个制造过程至关重要。
自动换刀装置（ATC，Automatic Tool Changer）作为数控机床的重要组成部分，其性能直接影响到机床的加工效率与精度。
对自动换刀装置及其控制进行深入研究，不仅有助于提升数控机床的整体性能，也是当前制造业技术革新的重要方向。
本文旨在全面探讨自动换刀装置及其控制的研究现状与发展趋势，分析不同类型自动换刀装置的工作原理与特点，研究其控制系统设计与优化方法。
通过文献综述与实验研究相结合的方法，本文将对自动换刀装置的关键技术进行深入剖析，提出改进方案与新型控制策略，以期为提高数控机床的加工效率与精度提供理论支持与实践指导。
本文首先将对自动换刀装置的发展历程进行回顾，总结其技术演变与创新点。
接着，重点分析自动换刀装置的分类与特点，包括刀库类型、换刀方式、换刀时间等关键因素，以及它们对机床性能的影响。
在此基础上，本文将深入探讨自动换刀装置的控制系统设计，包括硬件组成、软件编程、传感器选择等方面，并分析控制系统在换刀过程中的关键作用。
本文还将研究自动换刀装置的控制策略与优化方法。
通过对比分析不同控制算法在换刀过程中的表现，提出适用于自动换刀装置的新型控制策略，以提高换刀速度与精度。
同时，结合实验研究，验证所提控制策略的有效性，并为其在实际应用中的推广提供有力支持。
本文将对自动换刀装置及其控制的研究前景进行展望，探讨未来可能的研究方向与技术创新点。
通过本文的研究，期望能够为自动换刀装置的性能提升与技术创新提供有益的参考与启示，推动现代制造业的持续发展。
二、自动换刀装置的结构和工作原理自动换刀装置（ATC，Automatic Tool Changer）是数控机床的重要组成部分，它负责在加工过程中自动更换刀具，从而提高加工效率，减少人工干预，提升加工精度。
本文将对自动换刀装置的结构和工作原理进行详细的阐述。
atc自动换刀结构
atc自动换刀结构ATC自动换刀结构随着工业自动化的发展，ATC自动换刀结构越来越广泛应用于各种机床设备中。
ATC自动换刀结构是指在机床加工过程中，通过自动化装置实现工具的快速更换，以提高加工效率和准确度。
ATC自动换刀结构的核心部件是刀库和换刀机构。
刀库是用来存放各种刀具的设备，一般由多个刀位组成。
换刀机构负责将刀具从刀库中取出并安装到机床主轴上。
刀库和换刀机构通过控制系统进行协调和控制。
在ATC自动换刀结构中，刀具的选取和更换是一个关键的环节。
刀具需要根据不同的加工工艺和要求进行选择。
一般来说，刀具的选取需要考虑切削力、切削速度、刀具材料等因素。
刀具的更换一般分为手动更换和自动更换两种方式。
手动更换需要操作人员进行刀具的取下和安装，而自动更换则可以通过机械装置实现。
ATC自动换刀结构的优点主要体现在以下几个方面：1. 提高加工效率：ATC自动换刀结构可以实现刀具的快速更换，减少了换刀时间，提高了加工效率。
在批量生产中尤为重要。
2. 提高加工精度：ATC自动换刀结构可以保证每次换刀的位置和方向一致，避免了人为因素对加工精度的影响。
同时，刀具的自动选取和更换也可以根据加工工艺的要求进行调整，提高了加工的准确度。
3. 降低人工成本：ATC自动换刀结构可以减少人工干预，降低了人工操作的难度和繁琐程度，减少了人力资源的浪费。
同时，由于刀具的快速更换，也减少了人工等待时间，提高了生产效率。
4. 提高生产灵活性：ATC自动换刀结构可以根据不同的加工需求进行刀具的选择和更换，提高了生产的灵活性。
不同的刀具可以适应不同的加工工艺和材料，增加了生产的适应性和多样性。
ATC自动换刀结构是现代机床设备中的重要组成部分，它可以提高加工效率和准确度，降低人工成本，提高生产灵活性。
随着工业自动化的不断推进，ATC自动换刀结构在各行各业的应用将会更加广泛。
高速加工中心的快速自动换刀技术
高速加工中心的快速自动换刀技术高速加工中心是高速机床的典型产品，高速功能部件如电主轴、高速丝杠和直线电动机的发展应用极大地提高了切削效率。
为了配合机床的高效率，作为加工中心的重要部件之一的自动换刀装置（ATC）的高速化也相应成为高速加工中心的重要技术内容。
随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高，换刀的速度已成为高水平加工中心的一项重要指标。
由于加工中心的自动换刀要求可靠准确，而且结构相对比较复杂，提高换刀速度技术难度大。
目前国外机床先进企业生产的高速加工中心为了适应高速加工，大都配备了快速自动换刀装置，很多采用了新技术、新方法。
本文将介绍一些提高换刀速度的技术方法和国外先进高速加工中心的快速自动换刀技术，希望对我国高速加工中心的发展有些帮助。
1快速自动换刀技术快速自动换刀技术是以减少辅助加工时间为主要目的，综合考虑机床的各方面因素，在尽可能短的时间内完成刀具交换的技术方法。
该技术包括刀库的设置、换刀方式、换刀执行机构和适应高速机床的结构特点等。
（1）换刀速度指标衡量换刀速度的方法主要有三种：①刀到刀换刀时间：②切削到切削换刀时间：③切屑到切屑换刀时间。
由于切屑到切屑换刀时间基本上就是加工中心两次切削之间的时间，反映了加工中心换刀所占用的辅助时间，因此切屑到切屑换刀时间应是衡量加工中心效率高低的最直接指标。
而刀到刀换刀时间则主要反映自动换刀装置本身性能的好坏，更适合作为机床自动换刀装置的性能指标。
这两种方法通常用来评价换刀速度。
至于换刀时间多少才是高速机床的快速自动换刀装置并没有确定的指标，在技术条件可能的情况下，应尽可能提高换刀速度。
（2）提高换刀速度的基本原则加工中心自动刀具交换的基本出发点是在多种刀具参与的加工过程中，通过自动换刀，减少辅助加工时间。
在高速加工中心上，由于切削速度的大幅度提高，自动换刀装置和刀库的配置要考虑尽可能缩短换刀时间，从而和高速切削的机床相配合。
数控机床维修与维护
将机械位移转换为数字脉冲，该脉冲送至数控系统的位置测量接口，由计数器进行计数。
计算机以固定的时间周期对该反馈值进行采样，采样值与插补程序输出的结果进行比较，得到位置误差。
该误差经软件增益放大，输出给数模转换器（D／A），从而为伺服装置提供控制电压，驱动工作台向减少误差的方向移动。
如果插补程序不断产生进给量，工作台就不断地跟随该进给量运动。
只有在位置误差为零时，工作台才停止（停在要求的位置上）。
三、主轴伺服系统的故障及表现形式目前常采用的主轴控制方式大体上有两种：通用变频器控制交流变频电机、采用伺服驱动控制交流伺服电动机。
数控机床对主轴驱动的要求是什么？（1）数控机床主传动要有较宽的调速范围，以保证加工时选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。
特别对多道工序自动换刀的数控机床（数控加工中心），为适应各种刀具、工序和各种材料的要求，对主轴的调速范围要求更高。
（2）要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率，即恒功率范围要宽。
由于主轴电动机与驱动的限制，其在低速段均为恒转矩输出，为满足数控机床低速强力切削的需要常采用分段无级变速的方法，即在低速段采用机械减速装置，以提高输出转矩。
（3）要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加减速控制，即要求具有四象限驱动能力，并且加、减速时间要短。
（4）为满足加工中心自动换刀（ATC）以及某些加工工艺的需要，要求主轴具有高精度的准停控制。
（5）在车削中心上，还要求主轴具有旋转进给轴（C 轴）的控制功能。
位置检测装置有哪些种类？它们可分别安装在机床的哪些部位？1）旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代码形式。
2）光栅尺或称光栅，是一种高精度的直线位移传感器，在数控机床上用于测量工作台的位移，属直接测量，并组成位置闭环伺服系统。
数控机床的自动换刀装置
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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
谈适合于ATC换刀特点的MC换刀程序编写
要 的刀具 ， 同 的刀 具 可 重 复使 用 ， 称 之 为 “ 相 可 任
意选 刀方式 ” 。
任意 选 刀方 式 根 据 刀具 识 别 的技 术 主要 分 为
刀座 编码识 别 、 刀具 编码识 别和 软件 记忆识 别 。
刀座 编 码识 别 方 式 的特 点 是 只认 刀座 不 认 刀
例如 ， 在程序中实现从 Ｔ １ Ｔ ６ ０１ ｏ
间 的换 刀 的程序 编制 如下 ：
２刀具
轴 的时刻 ， 数控 系统 的 Ｐ Ｃ程 序 可 自动控 制 “ 旧 Ｌ 找
刀位 一还 旧刀 一 找 新 刀 一 装 新 刀 ” 的连 续 的开 关
Ｏｌ０ ； （ １６ 开始时在主轴上无刀或有任意刀具 ）
到相 同的刀 具 ， 不 可 重 复 使 用 ， 称 之 为 “ 序 也 可 顺 选 刀方 式” 。
二 是刀 库刀 具 为 多种 工 件 加 工 服务 。不 同工
件 的加工 可 在刀库 中选 择需 要 的刀具 ， 刀库容 量应
收 稿 日期 ：０ １ ２一Ｉ ２ １ ～１ ５
作者简介 ： 陈铁铭（ ９ ７一） 男 ， １５ ， 江苏无锡人 ， 江苏省无锡交通 高等职业学校副教授 ， 主要 研究方 向为机械制造技术
它 的刀座 号变 化踪 迹 。这 样 ， 数控 系统就 可 以实现
成。刀库的功能是储存加工所需 的各种刀具 ， 按程 序 Ｔ指 令 ， 别选 择 刀具 ， 接 受 从 主轴 送 来 的 已 识 并
用 刀具 。换刀 机构 实 现 刀库 与机 床 主轴 之 间 传 递
和 装卸刀 具 。 从刀 库 中存 放 刀具 的服务对 象看 ， 可分 为 ２种 情况 ：
刀具 编 码识 别 方 式指 的是 刀 具柄 部 采 用 编码 结构 ， 刀库 上 的刀具识 别装 置根 据刀 具上 的编码 来 识别 刀具 ， 不必考 虑对 号入 座 的问题 。
数控机床辅助装置
? 常见的刀库形式有3种，即盘形刀库，链式刀库，格子箱刀库 等。
数控机床辅助装置设计
主要内容
? 数控机床自动换刀装置（ATC） ? 数控机床回转工作台与分度台 ? 数控机床其他辅助装置
? 高速动力卡盘 ? 尾座 ? 排屑装置
自动换刀装置的基本要求和形式
自动换刀装置的基本要求
?换刀时间尽可能短 ?刀具重复定位精度高 ?刀具储存量足够；14—30把 ?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
2.6 自动换刀装置
? (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，实现反向定位。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。
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－活动插销 11－推杆 12－触头
图2-17 数控车床六角回转刀架
2.6 自动换刀装置
? 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。
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。
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自動刀具交換裝置又稱 ATC，是切削中心機的一 大特色，由刀具倉儲與刀 具交換臂兩大部份所組成。
刀庫種類介紹:(相對式換刀)
• 運動塲式刀庫
• 圓盤式刀庫
刀庫種類介紹:(絕對式換刀)
• 40＃傘型式刀庫
• 30＃斗笠式刀庫
刀庫運動方式分類:
• 排齒式 馬達直動式
• 凸輪式
氣壓推動式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
直結式主軸
• 直結式主軸(也稱為直傳式主軸)的馬達 為獨立單元，與主軸本體藉由連軸器加 以連結起來，以驅動主軸軸心，其具有 彈性大、成本低的優點，但對於連軸器 必須考量對心校正的問題，其實用最高 轉速約為18,000rpm，振動與噪音情形 較為明顯，安裝程序也較為複雜。
馬達內藏式主軸
• 內藏是主軸顧名思義是將馬達包藏在主 軸內部，在設計與變化上較不具有彈性， 技術門檻也較高，主軸與馬達的散熱問 題也必須加以解決，但內藏是主軸的轉 速可達30,000rpm以上，振動、噪音問 題小，安裝也較為簡便。
自動拖板(盘)交換裝置
• 自動拖板(盘)交換裝置又稱 APC ，是切削中心機達成無人 化、自動化必需之機構。
自動拖板交換裝置
• 切削中心機無交換拖板時，裝卸工件均 須停止機器運轉，造成投資上、產量上 的浪費，為改進此種缺點，有賴於交換 拖板的採用。機器上配備交換拖板時， 操作人員可在機器加工，中安裝下一加 工件。當被加工件完成加工時，即可執 行拖板交換，使繼續下一件之加工，如 此可減少因裝卸而停機之時間，提高生 產效率。
ATC刀具認識
• BT.
CT
BT
• CT.
主軸機構
主軸種類介紹
• • • • 皮帶式主軸 齒輪式主軸 直結式主軸 馬達內藏式主軸
• 电主轴
皮帶式主軸
• 皮帶傳動式主軸，由皮帶帶動皮帶輪傳動式主 軸,軸承採油脂潤滑，主軸馬達功率一般在5.5 至15kW
齒輪式主軸
• 用於低速高扭力之切削使用、齒輪箱作高低擋 切換或選用高扭力主軸馬達
主軸中噴系統
• 主軸中央噴切削液型式以A型及B型為主， 切削液壓力25kg/cm2，但高壓切削液 馬達及旋轉接頭則由國外進口。 • 使用須配合中空刀把。
提醒事項
• 高速加工不只是高切削速度，而是要考慮到使 用相對適合的加工方法及生產設備。 • 高速加工不只是高主軸轉速，而是用適當的主 軸轉速搭配適當的切削刀具。 • 高速加工是高產量的加工方式，可由粗加工一 直到最後的精加工。