数控机床第三章自动换刀装置
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§3.4 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。
二、刀库——刀库的类型
刀库的功能是储存加工工序所需要的各种刀具，并按程序 指令把将要用的刀具准确地送到换刀位置上，并接受从主轴 送来的已用刀具。储存量一般在8-64把范围内，多的可达 100-200把。
鼓（盘）式刀库Leabharlann Baidu
链式刀库 格子盒式刀库
鼓（盘）式刀库
盘式刀库的刀具轴线与鼓(圆盘)轴线平行，刀具环形排 列，分径向、轴向两种取刀方式，其刀座（刀套）结构不 同。（结构简单，应用较多，适用于刀库容量较小的情况） 为增加刀库空间利用率，可采用双环或多环排列刀具的 形式，但会增大圆盘直径，转动惯量也增大，选刀时间变长。
§3.4 数控机床的自动换刀装置
一、自动换刀装置的型式
1、自动回转刀架 2、转塔头式换刀装置 3、带刀库的自动换刀装置
一、自动换刀装置的型式——自动回转刀架
是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。根 据不同的机床要求，可设计成四方刀架、六角刀架、盘形 回转刀架等，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。
§3.4 数控机床的自动换刀装置
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。
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。
§3.4 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。
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。
§3.4 数控机床的自动换刀装置
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
§3.4 数控机床的自动换刀装置
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。
§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
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。
一、自动换刀装置的型式——自动回转刀架
(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。
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。
二、刀库——刀库的类型
刀库的功能是储存加工工序所需要的各种刀具，并按程序 指令把将要用的刀具准确地送到换刀位置上，并接受从主轴 送来的已用刀具。储存量一般在8-64把范围内，多的可达 100-200把。
鼓（盘）式刀库Leabharlann Baidu
链式刀库 格子盒式刀库
鼓（盘）式刀库
盘式刀库的刀具轴线与鼓(圆盘)轴线平行，刀具环形排 列，分径向、轴向两种取刀方式，其刀座（刀套）结构不 同。（结构简单，应用较多，适用于刀库容量较小的情况） 为增加刀库空间利用率，可采用双环或多环排列刀具的 形式，但会增大圆盘直径，转动惯量也增大，选刀时间变长。
§3.4 数控机床的自动换刀装置
一、自动换刀装置的型式
1、自动回转刀架 2、转塔头式换刀装置 3、带刀库的自动换刀装置
一、自动换刀装置的型式——自动回转刀架
是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。根 据不同的机床要求，可设计成四方刀架、六角刀架、盘形 回转刀架等，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。
§3.4 数控机床的自动换刀装置
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。
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。
§3.4 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。
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。
§3.4 数控机床的自动换刀装置
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
§3.4 数控机床的自动换刀装置
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。
§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
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。
一、自动换刀装置的型式——自动回转刀架
(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。